2.管理控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
在線(xiàn)磷酸根離子分析儀的管理控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括以32位的AT91M40800微控制器為核心的核心板電路、控制電路模塊、信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路模塊、電源電路模塊、通訊電路模塊、人機(jī)接口電路模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊、復(fù)位系統(tǒng)電路模塊8個(gè)部分。總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
2.1 核心板電路
核心板電路模塊由嵌入式微控制器AT91M40800及外擴(kuò)存儲(chǔ)器組成。嵌入式微控制器AT91M40800主要用于管理和控制整個(gè)系統(tǒng)。擴(kuò)充了1 MB的RAM，主要用于系統(tǒng)程序運(yùn)行，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。外擴(kuò)2 MB的FLASH，用作主存儲(chǔ)器，存放系統(tǒng)程序和測(cè)量數(shù)據(jù)。
2.2 控制電路模塊
控制電路模塊用CPLD和繼電器控制通道切換、樣水/標(biāo)液切換、樣水與試劑柱塞泵注水、攪拌電機(jī)、排污電子閥以及6路超范圍報(bào)警和斷樣報(bào)警。
CPLD（Complex Programmable Logic Device）復(fù)雜可編程邏輯器件，具有編程靈活、集成度高、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期短、適用范圍寬、開(kāi)發(fā)工具先進(jìn)、設(shè)計(jì)制造成本低、對(duì)設(shè)計(jì)者的硬件經(jīng)驗(yàn)要求低、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無(wú)需測(cè)試、保密性強(qiáng)、價(jià)格大眾化等特點(diǎn)。Altera公司MAXⅡ系列EPM240T100芯片具有低成本、高性能的特點(diǎn)，采用先進(jìn)的CMOS制作技術(shù)，3.3 V電源供電，并提供600～10000可用邏輯門(mén)，引腳延誤速度為4.5 ns，計(jì)算頻率可高達(dá)227.3 MHz。系統(tǒng)用CPLD實(shí)現(xiàn)對(duì)注塞泵的穩(wěn)定精確控制。
2.3 信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路
信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路模塊主要用于放大微弱的光電傳感器測(cè)量信號(hào)，并通過(guò)AD7714轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主處理器AT91M40800。系統(tǒng)選用 OPA2340單電源軌至軌運(yùn)算放大器，它具有極低的失調(diào)電壓和偏置電流，具有較高的共模輸入范圍和共模抑制比。A/D轉(zhuǎn)換器件選用適用于低頻測(cè)量應(yīng)用的 AD7714，轉(zhuǎn)換精度高、速度快、編程、接口方便。
2.4 電源電路模塊
使用專(zhuān)用AC-DC電源模塊，輸入220 V交流電，輸出DC24v/O.3 A，DC24 V/1.5 A和DC 5 V直流電。同時(shí)選用低壓差電壓調(diào)節(jié)器LM1117提供3.3 V電源。
2.5 通訊電路模塊
通訊電路模塊包括通用異步串行通信USB，RS 232，RS485，4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。USB接口主要用于和上位機(jī)通訊，RS 232模塊用于和其他設(shè)備通信，選用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX3221串口轉(zhuǎn)換芯片，RS 485用作遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，另外，配備4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流用作數(shù)據(jù)傳輸避開(kāi)噪聲影響，將低于4 mA和高于20 mA的信號(hào)用作各種故障的報(bào)警。
2.6 人機(jī)接口
人機(jī)接口模塊包括觸摸顯示和按鍵兩部分。觸摸顯示部分采用TFT6448真彩液晶顯示器，具有使用溫度范圍廣（-10～+65℃），低功耗（3.3V，最大電流240 mA），寬輸入電壓（2.7～5.5 V），輕薄設(shè)計(jì)（高度10 mm）等優(yōu)點(diǎn)。
設(shè)計(jì)有6個(gè)按鍵配合使用，以方便操作。
2.7 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊
為了能夠準(zhǔn)確記載所檢測(cè)的磷酸根濃度對(duì)應(yīng)的日期、時(shí)間，選用了掉電不丟失的鐵電存儲(chǔ)器FM31256，該芯片是包含基于處理器系統(tǒng)的通用功能需求的集成器件，主要功能包含32 768 b的鐵電非易失性存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、低電壓復(fù)位和一個(gè)通用的比較器，用于電源失效中斷輸出或其他用途。
2.8 復(fù)位系統(tǒng)電路模塊
系統(tǒng)選用STM811復(fù)位芯片。該芯片是專(zhuān)用于產(chǎn)生微處理器復(fù)位功能的芯片。在電源上電、掉電以及監(jiān)控系統(tǒng)電源電壓的變化，產(chǎn)生可靠的電源復(fù)位信號(hào)，使微處理器產(chǎn)生復(fù)位或處理中斷事件。
另外，本系統(tǒng)還采用AT92M40800內(nèi)部看門(mén)狗定時(shí)器，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入異常中斷后進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位，確保系統(tǒng)連續(xù)正常檢測(cè)。
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