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　　0引言
　　
　　電磁流量計是一種測量導電介質(zhì)體積流量的計量儀表，具有測量精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高等特點。電磁流量計除可測量一般導電液體的流量外，還可測量液固兩相液體、高粘度液體及鹽類、強酸、強堿液體的體積流量，可廣泛應(yīng)用于水泥、化工、輕紡、冶金、礦山、造紙、醫(yī)藥、給排水、食品飲料、環(huán)保等工業(yè)技術(shù)部門，其產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性對上述企業(yè)的經(jīng)濟效益有著重要的影響。
　　
　　嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）是以應(yīng)用為中心和以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的，并且軟硬件是可以裁減的,能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等指標的嚴格要求的計算機系統(tǒng)。它是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的系統(tǒng)，與通用的計算機系統(tǒng)相比具有如下特點：嵌入式CPU通常具有低功耗、體積小、集成度高、成本低等優(yōu)點，能夠把通用的CPU中許多由板卡完成的功能集成到芯片內(nèi)部；嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用不容易在市場上形成壟斷；嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進入市場，一般具有較長的生命周期；嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須率地設(shè)計；嵌入式系統(tǒng)必須有一套交叉開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。
　　
　　檢測儀表是實現(xiàn)參數(shù)檢測過程的重要一環(huán)，一般都具有變換、測量裝置和顯示裝置三部分。針對于檢測儀表的要求，合理剪裁軟硬件實現(xiàn)高集成度、小型化，使得檢測儀表不僅具有傳感測量、補償計算、顯示的功能，還具有更加強大的信息處理、比較推理、故障診斷、自學習自適應(yīng)等智能化功能。應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，還能使儀表完成遠程維護、遠程控制、故障報警、信息發(fā)布與共享等以前無法實現(xiàn)的功能。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的高度發(fā)展，給檢測與儀表技術(shù)帶來了的發(fā)展空間和機遇，為檢測儀表的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和微型化鋪平了道路，為儀表行業(yè)的發(fā)展帶來了廣闊的前景。
　　
　　傳統(tǒng)電磁流量計一般采用8位或16位的單片機,由于單片機性能較弱和外圍接口少，無法完成復雜算法或者多項并行任務(wù)；在顯示方式上一般采用LED或段式LCD，只能顯示數(shù)字、字母、漢字和一些粗糙的圖案；在數(shù)據(jù)存儲方面一般采用小容量的EPROM存儲器,流量數(shù)據(jù)存儲一般以二進制方式存儲，不具有通用性；在通信方式上，一般采用RS232或RS485，其開放性不高，組網(wǎng)距離短。為了提高性能和功能，有些電磁流量計甚至采用了多個單片機協(xié)同工作的方式，增加了電磁流量計設(shè)計與實現(xiàn)的復雜度。因此有必要采用高性能的32位處理器來設(shè)計電磁流量計。
　　
　　基于32位ARM處理器和嵌入式Linux操作系統(tǒng)構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺，并將其應(yīng)用于電磁流量計的設(shè)計和開發(fā)中，將有利于提高電磁流量計產(chǎn)品的質(zhì)量，更好地滿足用戶需求，而且對我國電磁流量計檢測技術(shù)水平的發(fā)展也具有重要的現(xiàn)實意義。由于嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)的復雜性和高難度，本文所構(gòu)建的高性能32位嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺，也可推廣應(yīng)用于其他儀器儀表的設(shè)計中，縮短新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期,增強企業(yè)對客戶需求的響應(yīng)能力和產(chǎn)品的更新?lián)Q代能力。
　　
　　1總體設(shè)計
　　
　　1.1ARM處理器的選擇
　　
　　結(jié)合電磁流量計的應(yīng)用背景，選擇32位的嵌入式ARM處理器。根據(jù)ARM處理器的應(yīng)用選型，并考慮到ARM處理器價格、性能、集成度和功能、設(shè)計支持及開發(fā)工具的支持等因素，以及應(yīng)用中對于以太網(wǎng)和USB接口功能的要求，選擇了Atmel公司的AT91RM9200工業(yè)級芯片。
　　
　　1.2嵌入式操作系統(tǒng)的選擇
　　
　　對于一種嵌入式操作系統(tǒng)通常有這樣一些*估選擇標準：實用性、需要消耗的資源數(shù)（包括SDRAM,FLASHMEMORY等）、支持軟件的豐富程度、可靠性以及其執(zhí)行性能等。Linux已經(jīng)被移植到了很多平臺,包括ARM，MIPS，SH3，Alpha，X86，PowerPC等，由成千上萬的愛好者開發(fā)的應(yīng)用軟件、協(xié)議棧以及豐富的設(shè)備驅(qū)動程序；更重要的是這些驅(qū)動很多都以O(shè)penSource的形式發(fā)布出來，使得大家都從中受益。
　　
　　1.3總體設(shè)計框架
　　
　　通過對電磁流量計的方案選擇，并綜合國內(nèi)外電磁流量儀表產(chǎn)品的智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要由硬件子系統(tǒng)和軟件子系統(tǒng)組成。
　　　　
　　電磁流量計的硬件子系統(tǒng)主要由電源模塊、信號輸入模塊、CPU核心模塊、勵磁輸出模塊、人機交互模塊、通信接口模塊和調(diào)試接口模塊組成。各模塊的功能描述如下：
　　
　　電源模塊：為整個硬件子系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。
　　
　　CPU核心模塊：由ARM處理器、SDRAM,FLASH以及輔助電路構(gòu)成zui小系統(tǒng)，同時也是運行嵌入式Linux的基本硬件平臺。
　　
　　信號輸入模塊：將傳感器輸出的小電壓或電流信號進行放大、濾波以及轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便進行軟件處理。
　　
　　勵磁輸出模塊：通過D/A轉(zhuǎn)換器輸出低頻三值矩形方波，并通過功率放大輸出給傳感器。
　　
　　人機交互模塊：由鍵盤接口和TFT液晶顯示接口組成，通過鍵盤和菜單界面進行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，并由液晶屏實時顯示瞬時流量、累積流量和流量曲線等。
　　
　　通信接口模塊：包括以太網(wǎng)接口、USB接口以及RS232接口，完成數(shù)據(jù)通訊和流量傳輸功能。
　　
　　調(diào)試接口模塊：由JTAG調(diào)試接口和DBCOM調(diào)試串口組成。
　　
　　軟件子系統(tǒng)由引導加載程序（BootLoader）、嵌入式Linux操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成。嵌入式Linux的啟動需要引導加載程序來輔助完成，Linux、內(nèi)核主要由進程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理、設(shè)備控制及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等幾個部分，為應(yīng)用軟件提供了運行環(huán)境。圖中的硬件設(shè)備控制提供了硬件平臺中相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序,實現(xiàn)了操作系統(tǒng)與硬件之間的信息交互和控制，而系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用為Linux內(nèi)核和應(yīng)用軟件之間的信息交互提供了接口
　　
　　2硬件系統(tǒng)設(shè)計
　　
　　基于低頻三值矩形波勵磁的電磁流量計的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。其中，CPU核心模塊是系統(tǒng)軟件的運行基礎(chǔ)，F(xiàn)LASH存儲器用于存儲可執(zhí)行程序的二進制映像文件，供系統(tǒng)啟動時加載到SDRAM內(nèi)存空間運行；由于硬件系統(tǒng)的復雜性，調(diào)試模塊加強了硬件系統(tǒng)的調(diào)試功能；流量傳感器由一對勵磁線圈和一對對稱分布的檢測電極構(gòu)成。
　　　　
　　ARM9處理器通過與其相連的D/A芯片產(chǎn)生低頻三值矩形波，勵磁線圈接受該低頻三值矩形波經(jīng)功率放大后的勵磁信號而產(chǎn)生感應(yīng)磁場，在電極上產(chǎn)生因流體切割磁力線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢（即測量信號），并將之送入信號輸入模塊進行處理，信號輸入模塊對流量傳感器輸入的信號進行放大、濾波及A/D采樣后輸入ARM9處理器。系統(tǒng)由TFT液晶顯示屏提供人性化的菜單顯示操作界面，結(jié)合鍵盤進行人機交互；同時具有以太網(wǎng)、USB和RS232通信接口可輸出瞬時流量、累積流量和系統(tǒng)參數(shù)。