西门子模块6ES7235-0KD22-0XA8诚信经营

西门子模块6ES7235-0KD22-0XA8诚信经营

1 引 言

国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司年产120万吨钾肥项目是国家“十一五”发展规划项目之一，该项目在原有年产10万吨的基础上扩大到年产120万吨的规模。整个工艺包括原矿的采集、原矿的输送和由原矿加工成产品的过程。原矿的采集是通过多条水采机组在盐田中不断的采掘，并将采掘到的矿料经浮管送至码头增压泵站；原矿的输送就是将由水采机组采集到的原矿通过增压泵站输送，经过数十公里输送到加工厂；加工厂将源源不断的原矿经过过滤、结晶，并加入化学剂，经过物理化学过程生产出成品钾。

原矿的采集设备由水采机、浮管和锚机组成，实行定位逐行直线采收，采用GPS系统的差分方式实时动态（RTK）进行测量和定位控制。水采机、锚机与浮管连成一体，随着水采机切割轨迹的移动，锚机可以自动移动。大风来临时，根据风向和水采机位置，锚机自动移动浮管。

水采机系统采用美国Rockwell Automation公司生产的SLC 500作为控制系统的解决方案。该系统是中小型、框架式、模块化可编程控制器，它可以满足中小规模自动化应用项目的要求，SLC 500系统功能强大、处理快速、性能、提供多种内存容量、框架供选择，可支持丰富的指令集。

同时SLC 500还提供多种网络通讯功能和丰富的I/O模块，基于bbbbbbs XP的操作系统编程软件使用方便、简单、纠错能力强，可以帮助开发人员节省时间，提高生产效率。并与无线通讯网络系统、GPS定位系统一起组成了一个的工厂自动化系统。

2系统构成

矿石采收控制系统分为岸基站、水采机、锚机和锚头增压泵站控制系统。该系统涉及到全系统的自动化控制，操作员不仅控制水采机的定向采收，锚机载区域自动移动，而且还兼顾着码头增压泵站的设备起停以及整个系统要能互相通信联系，各部分数据要能互相传输。

为了满足这些要求，系统总体结构采用无线通信网络，图1为水采机系统的总体结构图。

图1 水采机控制系统结构

水采机是系统的，其中包括二台前操作员站，二台后操作员站和一套由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，实现对整个水采船的控制可分别进行正向和反向行走操作及显示系统的各个部分的运行状态，操作员站也可授权作为工程师站，负责系统的开发管理；锚机包括一个PanelView 1000操作监控站、无线通信和一套由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，操作员站和工程师站通过无线串口与锚机通信，实现水采机对锚机控制；增压泵站包括一个PanelView 550操作监控站和一套由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，通过无线以太网与码头增加压泵站通信，二台无线电台采用的是DATA-LINC的无线电台，实现水采机对增压泵站控制。水采机控制系统数据由码头增压泵交换机通过光缆传输到脱卤车间控制室集中调度和监视。

3 控制系统的功能实现

3.1水采机控制系统功能

水采机控制系统由操作站、PLC、无线电台、一套GPS定位移动站和六面智能MCC智能马达控制组成。GPS定位系统通过BASIC模板与SLC5/05通信；每台锚机也包括了一套GPS定位移动站和四面智能MCC柜，锚机的GPS定位系统也通过BASIC模板与SLC5/05通信。

水采机的控制方案十分复杂，其中涉及到关键的控制功能如下：

（1）航道航线控制。通过GPS双天线姿态控制，在船纵向线的头和尾各置一个天线并通过数据换算计算出水采机所在经、纬度和行驶方向。GPS数据通过RS232口送入PLC。水采机操作人员根据作业计划书将要作业的航道或航行目的地通过人机界面输入PLC，PLC将设定值与水采机当前值进行比较，做出判断，指挥执行机构进行动作来满足作业要求。

GPS天线安装于水采机机体的连线上，主天线距前切割头X米，从天线距后切割头Y米。如图2所示：

图2 GPS双天线姿态控制示意图

采船GPS读回的数值：经度、纬度，两点连线相对于正北夹角=α，则得出：O ， O′点坐标，当O点与所给航线偏差大于30m时，前后履带调整为距离逼近状态，以垂直方向快速切入航道。当偏差进入小于30m的范围内，前履带进行距离逼近，后履带进行角度校正 。进入1m微调区后，前履带微调距离，后履带微调角度。进入0.02m区域后，前后履带都调整为逼近航线状。图3示出水采机航线及姿态控制程序框图。

图3 水采机航线及姿态控制程序框图

（2）矿浆传输控制。按照操作员设定的要求，自动开关进出口阀，溢流阀，调节矿浆泵和增压泵的转速，实现理想的串级调节，做到防抽空，防喘振。并检测矿浆管压力，保护传输系统。

（3）采收浓度控制。水采机行走速度与浓度成正比，在系统中采用PID自动控制功能，改变水采机的行走速度来调节采收浓度，满足工艺对浓度为35%的设定要求。图4为采收浓度控制程序框图。

图4 采收浓度控制程序框图

（4）水采机机体的自动水平控制。采用液压自平衡调节系统和水平仪干预性控制来调节油缸伸缩控制机体水平；水采机机体靠浮力平衡于水面，正常情况下，行走机构靠重力依附于盐田底面爬行。液压自平衡调节系统通过调整四条履带接地比压保持一致，使油缸的柔性可在一定范围内自动调节其伸缩长度。保证机体水平；池板的不平及下压力的不平衡会导致船体倾斜。本设计又采用水平仪干预性控制，在液压控制不能自动调节机体水平时，根据水平仪数据可判断船体不平衡的方向，调整相应履带的下压力。图5为水采机水平控制程序框图。

图5 水采机水平控制程序框图

（5）水采机自动转向换行采用反向换切割头方式自动转向换入新航道，水采机采收到达盐田岸边后，正向切割头不停止工作的情况下，快速原路线反向后退80m，然后慢速转换到另一新的航道，进行正向采收转向行走，继续到达岸边后，水采机已正向进入新的航道中，停止水采机前行和正向切割头旋转，启动反向切割头，进行新的航道反向继续采收行走。图 6为水采机自动转向换行控制程序框图。

图6 水采机自动转向换行控制程序框图

3.2锚机控制系统

锚机设备由PLC、无线数传电台、GPS移动站和MCC智能控制组成。通过无线串行通讯，实现水采机对锚机的远程控制和监视功能。包括锚机起动、行走、停止、水平、转向、履带提升降落等控制；操作员有时也要上船去操作，系统中采用PanelView1000实现这一功能。主要组态画面有仪表显示画面、电机启停画面、履带提起画面、船体行走画面等。设定锚机运行区域，可自动控制锚船与水采机、码头的距离，来避免浮管的缠绕和拉断，使浮管处于工作位置。

3.3码头增压泵站控制系统

通过无线以太网通信，实现水采机对码头增压泵远程控制和监视功能。包括码头增压泵、水封泵以及破碎机的起停控制、控制阀的开关控制以及阀门的开度信号、流量、压力以及轴承温度显示等；采用PanelView550来实现现场操作功能。

4软件

水采机前后操作员站工控机安装RSLogix500梯形图编程软件，RSView32人机接口(MMI)软件。而RSView32采用RSLinx通讯驱动程序，将RSLogix500的梯形图逻辑程序和RSView32人机接口(MMI)软件同时连接于处理器。

RSLogix500是一种灵活易于操作的编辑器，包括：梯形图、功能块、结构文本和顺序流程图。有、指令集，优越的图形化诊断能力和实时数据柱状图显示，这一切使得RSLogix500让应用开发快速、简洁、直观。

RSIinx是一套完整的通讯服务器软件，它提供现场层／设备与Rockwell Automation公司应用软件的连接，还提供通用的开放接口，用于与三方人机界面系统、数据和分析软件包、客户应用程序软件进行通讯。 ‘

RSView32是基于Microsoft bbbbbbs NT和bbbbbbs 9X平台设计的，其组态软件画面显示功能丰富，能与多种通信协议互连，适应各类测控硬件设备。RSView32向下可以通过RSLinx、OPC驱动与数据采集硬件通信；向上通过TCP／IP协议、以太网与高层管理网互联。

5结束语

矿石采收水采机自动化控制系统自投入运行以来，其系统稳定，设备运行性高。采用GPS卫星系统能进行逐行直线采收，使之避免漏采和重复采收，达到增效降耗的目的。运用无线系统，实现异地操作设备和监视运行状态的功能，做到了减人增效的目的。引用了自动换行功能，减少了转向换行的时间，增加采收产量，促成经济效益的提高。以太网的引入以及PLC(SLC500)与RSView32组态软件的结合运用，实现了生产过程的自动监控，提高了劳动生产率，降低了工作人员的劳动强度。实践证明，这样的控制系统对矿石采收作业是、和经济适用的，具有一定的。

引言

因特网的普及为企事业、、金融机构等部门提供了为迅捷经济的通信方式,提高了他们的工作和管理效率;但另一方面,日益不的网络环境却严重威胁到这些用户的利益。如何保公网上传输数据的,已成为一个迫切需要解决的问题。为此,需开发一种由 (Virtual Private Network,简称 )网关、 客户端和管理三部份组成的系统。

目前,国内大部分 网关在硬件平台上使用基于x86 CPU的商用工控机主板。由于商用工控机是为一般的工业控制而设计的,作为网关使用时,存在功能冗余、成本及性难于控制等问题。因此,有必要自己设计一款性价比较高的硬件平台供网关使用。Motorola通信处理器PowerPC在通信业中使用广泛,并具有良好的性价比,可以满足网关的设计需要。另外,产品涉及一个国家的主权和敏感的信息,作为保为重要的操作系统和加密算法应该为自己掌握。因此,采用具有自主知识产权的操作系统和加密算法尤为重要。而L inux操作系统源代码的开放性及其在网络产品中的优异表现,使得我们可以用其构建具有自主知识产权的网关。

概念

什么是

即虚拟网,是通过一定的机制在公用的网络如因特网中建立起与公网相对立和封闭的信息通道,以保护企业各子网之间、子网和移动用户之间、移动用户务器之间的通信数据的。利用公网的资源,让用户拥有同专网相同的性,并享受因特网带来的经济实惠和方便迅捷。

如何保护通信

不同类型的所采用的协议不同,使用的机制也不同。关于的协议比较多,但目前完善的、性的应属IPSec协议。它可使用CA数字证书来实现通信双方的身份认证;使用对称加密算法来对数据进行加密,保证数据的性;使用单向散列函数对数据计算摘要,并对摘要进行加密来保证数据的完整性。此外,节点之间通信,不可能每次都手工配置密钥,手工方式既不也不方便,可以采用因特网自动密钥交换协议来进行密钥的协商,设置每次会话密钥的生命期,在快要结束生命期时,自动协商下一个会话密钥。

当企业虚拟专网建立时,需要在各个子网的出口配置网关。网关负责对流出数据进行加密和计算校验和,对进入数据进行检验和解密,并实施访问控制。网关在其中具有举足轻重的作用。比如,当一台主机与另外一台主机通信时,会启动IKE (自动密钥协商)进程协商各种工作参数,包括加密算法、验证算法、密钥长度、密钥值等,并进行双向的身份认证,所有这些成为一个关联( Security Association) 。

的使用

网关与 Client软件配合使用,通过灵活配置隧道策略,不仅可以解决通信的问题,还可以解决用户对公司总部网络的访问授权问题。图1 是一个系统的典型网络拓扑图。

当网关与Client相连时,远程用户通过因特网访问公司总部时会通过网关,网关会对用户进行身份验证、协商密钥,终建立隧道并实现访问控制。不同的用户可能有着不同的访问权限。例如, Client1作为公司的主管,可以访问服务器A、B、C,而Client2作为普通员工,只能访问服务器A。通过管理员为不同的Client配置不同的策略,可以实现用户访问服务器的权限。此种应用适合移动用户接入公司内网。

当网关与网关相连时,通过管理或终端方式为需要相互通信的两台网关间配置对应的隧道,位于两台私口后的主机就能通过加密隧道进行通信,防止数据被丢失、篡改并保数据的完整。

网关设计方案概述

系统体系结构

的主要作用是采用加密、认和网络技术在公共互联网上构建相互信任方之间的加密信息传输通道,以期达到网络的效果。网关在其中将发挥非常重要的作用。

由图1可知,网关工作在本地局域网及与其通信的远程局域网的网关位置,具有加密和认证功能。相互信任的局域网间进行通信时,仍然使用互联网作为中间信道。但是,通过网关的加密功能确保信息在不的互联网通时是密文形式。这样,即便信息被截取,也无法或篡改其内容,互联网连接的局域网间通信的性、机密性、可认证性和完整性等性能。

网关的设计目标

(1) 完整实现IPSec协议簇,支持的要求。

(2) 要建立在具有自主版权的、性控制在自己手中的内核操作系统之上。

(3) 要确保自身的、协议的和信息通道的。采用国密办批准的加密算法,由硬件实现数据加。

(4) 要具有较高的性价比,满足低端网络的要求。明文吞吐率10Mbp s;启用IPSec协议,以隧道方式加密传输时,吞吐率大于4Mbp s。

(5) 设计与实现要采用的硬、软件技术和方法。

(6) 尽可能方便管理、灵活配置和界面友好。

技术思想

(1) 软件: ①自主开发的嵌入式操作系统内核;②由于L inux OS的源代码的开放性及其在网络产品中的优异表现,因而可以用其构建具有自主知识产权的网关(采用嵌入式L inux 2. 4. 4 For PowerPC,内核根据需要裁减,并加入相应的硬件驱动程序,完成对FlashMemory和DOC文件系统的支持) ;③网络协议和IPSec协议层; ④数据加/算法由采用国密办批准的硬件加密芯片SSF10B实现; ⑤管理系统层需支持手工和通过SMC (管理)配置IPSec策略。

(2) 硬件:根据设计要求,该网关将用于10Mbp s以太网环境中,设计采用目前在通信业中使用较广的Mo2torola通信处理器PowerPC MPC8xx作为主CPU,选用其中一款性价比较高的控制器MPC855T。在硬件平台的设计中,本着满足性能要求,保证高性和高性价比的原则,采用有多种硬件选项的设计,来满足设计要求。

嵌入式L inux操作系统的构建

通常的嵌入式系统开发大致可以分为硬件设计、装载或引导嵌入式系统、在嵌入式系统上建立开发平台以及开发应用等四个步骤。

利用ppcboot引导

ppcboot是德国Denk软件工程开发的引导程序,我们在研究开发中使用了其中的ppcboot-1. 1. 5作为开发蓝本,对其代码进行了修改,以满足硬件设计的要求。

ppcboot源码树的目录结构

CHANGELOG　/ /记录历次版本升级时的修改内容

COPYING

CRED ITS

MAKEALL

Makefile　/ /制作文件

README　/ /必读的文件

System. map　/ /当编译连接完成后,所生成的ppcboot二进

/ /制中所有函数、数据的地址信息

board　/ /各种与板子硬件关联的. c模块

common　/ /一些通用ppcboot命令集的. c模块

config. mk

cpu　/ /与MPC8xx硬件关联的系统初始化. c代码

disk　/ /磁盘分区支持

doc　/ /技术文档目录

examp les　/ /一些简单的、操作系统的应用程序

fs　/ /ppcboot中对文件系统的支持

include　/ /头文件

net　/ /网络协议支持

ppc PowerPC　/ /处理器运行时环境支持

ppcboot　/ / elf32格式的ppcboot二进制执行文件

ppcboot. bin　/ / raw二进制格式的ppcboot执行文件

ppcboot. map　/ / s2record格式的ppcboot执行文件

rtc　/ /实时时钟支持

tools　/ /与ppcboot相关的一些工具软件

ppcboot的特点

经修改后, ppcboot-1. 1. 5 具有如下特性: ( 1 ) 支持bootm,直接从flash引导L inux,并提供软件工具集,可构建出终烧结用的影像; (2) 支持从doc或flash memory引导L inux,并提供工具集,可构建出终烧结用的影像; (3) 板上flash /doc读、写、擦除功能; (4) 支持串行口kermit协议下载代码或数据; (5) 支持scc1以太网口启动tftp下传数据:如内核、ramdisk、autoscrip t等影像; ( 6) 支持串行口srecord下载代码或数据; (7) 支持autoscrip t; (8) 提供板上内存读写,格式化显示,可进行简单测试。

当完成ppcboot-1. 1. 5的改写后,对其进行编译,得到二进制的ppcboot. bin代码,然后将其烧录在板上的BOOTEPROM中,这样就可以在上电后完成对系统的引导。

建立L inux开发平台

修改和编译嵌入式L inux内核

Linux内核有自己的结构体系,进程管理、内存管理和文件系统是其基本的三个子系统。图2 为L inux 内核的结构。图中虚线框中部分可以看成是Linux内核的单内核结构,因此修改内核注意各子系统间的协调。

Linux开发平台使用内核版本为2. 4. 4的PowerPC嵌入式L inux操作系统作为 网关的基本软件平台。为了支持硬件平台,需要对内核进行修改,并增加相应设备的驱动程序。

(1) 驱动程序列表。

DOC 驱动程序源码: /home / sjw01 / linux/drivers/mtd /devices/ doc2000. c;

以太网驱动程序源码: / home / sjw01 / linux/ arch /ppc /8xx _ io / enet_scc1. c fec. c;

RTC 驱动程序源码: /home / sjw01 / linux/drivers/unis _ rtc / rtc8xx. h rtc8xx. c setrtc8xx. cMkaefile setrtc8xx;

串口驱动程序源码: /home / sjw01 / linux/ arch /ppc /8xx_ io / uart. c;

flash memory 驱动程序源码: /home / sjw01 / linux/drivers/mtd / map s/unis. c。

(2) 交叉编译环境。

使用hardhat CDK2. 0作为开发工具,需将下面的路径加入用户环境变量＄PATH 中: /op t/hardhat/devkit/ppc /8xx/bin; #export PATH = ＄PATH: /op t/hardhat/devkit/ppc /8xx/bin或编辑“. bash_p rofile”文件的PATH行。对于应用软件,一般情况下只要替换编译器cc为ppc_8xx-gcc,重新编译一下源代码即可。

构建目标文件系统

配置DOC或FlashMemory中的文件系统是件很讲究的事情,主要是因为DOC /Flash容量有限,在保证正常功能的前提下,要尽可能地少占用资源。

总体上,文件分成如下几类: (1)共享库类:这类文件。(2) L inux/GNU系统实用工具:尽量用busybox、tinylogin代替,能减则减。(3)配置文件:多出现在/ etc下,不太占地方,但要注意协调关系。(4)用户应用程序:编译时尽量使用动态连接,编译后strip一下,放到固定位置。

目标文件系统列表如表1所示。

所有配置文件、可执行文件、库文件的位置均符合L inux操作系统的惯例。

IPSec实现中的硬件加密算法

在网关中,加密算法的、,是网关性和有效性的重要保证。为此,在设计中采用了一种硬件加密模块的方式,使得我们的网关可以在硬件上使用不同的加密算法。在我们的默认配置中,使用国密办批准的分组加密算法芯片SSF10。

为了使用硬件加密模块,需要在L inux内核的IPSec实现中添加和修改相应的代码,下面对其简单说明。由于IPSec实现在内核中的特殊位置,并且MPC855T的主频较低(80MHz) ,采用访问设备驱动文件的方式访问硬件SSF10加密模块会造成速率大幅降低。因此,我们采用I/O直接访问硬件SSF10芯片。这需要将模块驱动中的操作分散到IPSec实现的相关部分,替换原来的软件加密算法。同理,可以使用硬件DES/3DES、硬件AES算法和其他国密办批准的算法,用硬件实现数据加密。对IPSec的一个实现freeswan算法部分进行修改,使其可以实现硬件算法。与硬件加密算法有关的文件如下:

freeswan-1. 94 /klip s/net/ ip sec /Config. in;

freeswan-1. 94 / libdes/des_enc. c;

freeswan-1. 94 /klip s/net/ ip sec / ip sec_sa. h;

freeswan-1. 94 /klip s/net/ ip sec / ip sec_tunnel. c;

freeswan-1. 94 /klip s/net/ ip sec / ssf10. h;

freeswan-1. 94 /klip s/net/ ip sec / ip sec_init. c;

freeswan-1. 94 /klip s/net/ ip sec /pfkey_v2_parser. c;

freeswan-1. 94 /klip s/net/ ip sec_rcv. c。

完成修改后, 使用内核make menuconfig 命令, 选中Networking op tions→[* ] IPSEC: Use SSF10..,重新编译即可使用SSF10硬件算法模块。

结束语

为了满足网关设计的目标,本文在基于Motorola PowerPC和嵌入式L inux的网关设计中使用Motorola通信处理器PowerPC、采用L inux和加密算法,构建出了具有自主知识产权的网关。理论分析表明,本文提出的网关设计方案、嵌入式L inux操作系统的构建方法以及硬件加密模块的实现方法能够满足10Mbp s的网络环境中提供虚拟网的服务。但是,由于其定位在低端,不适合在100Mbp s的网络环境中使用。如果要在100Mbp s的环境中使用网关,就要考虑使用基于PowerPCMPC82xx的硬件平台。

1 引言

工业燃烧过程所释放出的烟气是现代城市大气污染源，烟气检测是大气环境检测中必要的项目，它是确定污染源并对污染源进行检测和控制的基本手段。为了控制燃烧过程的燃烧空气比，提高燃烧效率，节约能源，减少大气污染，地测量烟气中各种气体的含量。本文针对烟气分析，介绍了一种基于Inbbb单片机的智能仪器监控平台。

2 监控平台的硬件结构设计

硬件配置应针对分析检测器的不同组合方式可在各模块中选择，如该平台用于二组分分析时，则只接入两路的操作回路和信号回路，其他两路不接，由于硬件模块的立特性，配合软件的系统参数设置功能，系统可以正常工作，未接入的回路对工作回路不产生影响。监控平台的硬件结构如图1所示。

3 各功能模块硬件详细设计

3.1 单片机的选择与存储器模块设计

智能仪器的是单片微机，其性能对整个嵌入系统性能有重要影响。选择时既要考虑到工业应用的背景、功能具有一定性和高性，又须满足分析仪器多品种、小批量的功能平台要求，易于开发移植和新换代。为此，确定Inbbb公司的80C196kc芯片作为分析仪器信息处理单片，构造便携式仪器监控平台。

本监控平台选用的是ATMEL公司生产的32k字节的闪速存储器29C256，工作电压为5v，一旦工作电压3.8V时禁止编程功能。它既有SRAM的速度和易擦写性，又能像EEPROM那样掉电后保持数据和在线可写特性，具有读写功能，掉电下可保存数据。硬件设计方法如图2所示。80C196kc的P4口作为地址的高位使用，P3口作为地址的低位和8位数据线分时使用，74LS373用于低位地址锁存。

3.2 A/D采样及数据处理模块

80C196kc片内A/D模块共有8路采样通道，精度为10位（其中精度为8位），本监控平台已用其中两路：其中一路用于热电偶测温，若检测到热电偶通道电压异常，即报警提示热电偶开路;另一路用于仪器电池电压检测，检测结果通过液晶显示器显示，便于用户随时了解电池电量，以免电压过低对传感器造成损害;其余六路待用。片外选用的是MAXIM公司生产的12位A/D采样芯片——MAX197，负责完成6路不同传感器的信号采样及环境温度、烟气温度的检测。该芯片是28脚的双列直插封装，工作电压为5V，有8个模拟输入口，完成一次转化的时间为6μS。

由于经分析仪器传感器转换后的电信号是0～1V，显然不能用内部参考电压模式进行采样，所以系统选用外部参考电压方式。但是作者在实际使用中发现，外部参考电压不能过低。试验表明，当外部参考1V时，在输入的模拟量在90 mV以下时，采样的结果明显不准确，有很严重的非线性，甚至出现明显死区。所以监控平台在传感器与A/D采样芯片之间加入了放大器，将传感器传给A/D采样芯片的信号放大至0～2V，通过计算可知此时的外部参考电压VREF=2/1.2207=1.6384V，事实证明这种方法起到了良好的作用，A/D采样芯片发挥了良好的性能，满足了监控平台的要求。

3.3 LCD液晶显示模块

LCD液晶显示器是人机界面的重要窗口，也是本监控平台的特色之一，本平台所有人机交互功能皆通过LCD结合键盘完成。键盘采用的是2×4触摸按键设计，占用CPU的6个I/O口，其中一个按键与仪器启动电路相连，成为该分析仪器的启动键。液晶显示器采用的是240×128点阵式大屏幕宽视角液晶显示器（LCD），显示模块的外部接口引脚共有21个，其中Pin18脚为显示字符的字体选择引脚，接高电平则显示的字体为8×6，接低电平则显示的字体为8×8。该液晶屏内置驱动器T6963C及周边电路，具有硬件初始化功能。

LCD的Pin4脚为显示区域对比度调节管脚，接入电压可以在-6V～18V之间调节。本监控平台选用MAXIM公司生产8引脚双列直插封装的MAX749芯片来提供液晶屏的辉度调节的震荡电压。该芯片是专为LCD对比度电压调节而设计的，其输出电压具有良好的可调性，可以通过数字控制、电位调节、PWM控制工三种方法实现。起工作电路如图3。

3.4 红外打印及串口通讯模块

根据红外打印协议，打印模块硬件部分主要由红外物理层包括红外收发器及编解码硬件电路实现。其中物理层编解码采用了惠普公司红外3/16的编解码芯片——hp-7001，此芯片使用1.63μs或者3/16脉冲模式收发信号，可对波特率编程。红外收发器采用安捷伦的hsdl-3610，它全兼容IrDA 1.1，传输速率可达4Mbps,连接距离大于1.5米且耗电较少。考虑到单片机80C196kc的串行接口要用于数据通讯,所以改用HSO、HSI实现红外打印的类串口数据输出输入。由于80C196kc和hp7001的接收发送脚都是TTL电平，可直接相连，MAX232等电平转换芯片。考虑到9600bps是红外通讯协议的基本波特率，故80C196kc以及hp-7001和hsdl-3610都采用9600bps进行通讯。

串口通信使用了80C196kc的串行数据接口，采用RS-232方式，由MAX232实现串行信号的电平转换。采用8位数据位、一位停止位、无奇偶校验位的传输方式，提供4800、9600、19200三种波特率供用户选择，以适用于计算机通讯的需要。通讯时只需用在仪器与计算机之间用串口线连接，运行相应程序，即可完成数据的传输。该通信只传送已存入flash中的历史采样数据，多一次可传送40组数据，每组数据均包括所有采样参数、计算参数及数据存储时的系统参数（如日期时间、燃料类型等）。

3.5 电源启动及转换模块

由于便携式分析仪器采用蓄电池供电，减少整机电流和待机电流、降低损耗变得为重要。传感器部分的工作电压为12V，而单片系统采用5V供电，因此，控制平台选用了直-交-直变换模块完成电源转换。选用XR031电压转换模块，其转换效率达80%。启动电路采用CMOS芯片，组成带施密特整形的flip-flop电路，由仪器键盘上的启动键控制开、关机。关机状态下电池仍对该部分电路供电，其电流小，约为4～8微安，工作状态下CPU内部A/D采样模块对其进行电压检测，当电压设定时，置输出端口为有效电平，该电平经微分电路产生+12V尖脉冲触发flip-flop电路翻转，实现强行关机。本监控系统正常工作时功耗电流为50～60mA（LCD背光关闭，不包括泵电流），整机电流大为140mA（LCD背光开启）。电源转换及启动硬件设计如图4。

3.6 时钟模块

本次设计采用了一块实时钟芯片DS12C887，它是微机中常用的时钟芯片。该芯片是24脚双列直插封装的一个集成组件，组件中包含石英晶体、锂电池、实时时钟、日历时钟、报警时钟、和128个字节的RAM，其中15个字节用作实时钟的控制寄存器，其余113个字节可作普通RAM使用，其中数据也可以十年不丢失，DS12C887的年月日、时分秒等信息都放在内部寄存器中。

4 监控平台的软件设计

监控平台的软件系统采用C程序设计，使用C96编译器，版本为5.3版。尽管该编译器占用程序空间比汇编语言编译器大，但程序开发周期大大减少，调试效率及可读性均明显汇编语言，且原程序可加方便地移植于其他型号芯片中，便于产品的新换代。

本监控平台软件系统为多实时操作系统，主要分为人机界面、串口通讯、数据处理、红外打印、操作控制五大功能模块，软件结构框图如图5所示。由于系统采用模块化设计，各模块自成体系，可立调试，有利于系统集成也便于形成其他分析仪器的监控程序。本软件系统支持中英文两种版本的界面供用户操作选择，其LCD显示页面达60多个，字库汉字过250个，编译后程序代码约为52Kb。

整个软件系统使用循环系统（Super-Loops）结构，应用程序是一个无限循环，循环中调用相应的函数完成规定的操作，程序依次检查系统的每一个输入条件，一旦条件成立就进行相应的处理，这部分可以看成任务级处理。中断服务程序处理异步事件，这部分看成中断级处理。本系统包括A/D采样、HSO实时中断、HSO事件中断、串行通讯等模块，为保实时性，中断服务程序只包含标志处理，其隐含功能如采样值的滤波，HSO事件排队均由任务级处理。实时多任务按任务级别分类处理，在各界面处理模块中均包含时间事件处理模块，以确保定时事件处理。

本文作者点：

强大的CPU和良好的模块性使本监控平台的研究为智能分析仪器提供了具有ARC功能的设计平台，通过软硬件模块的选择可基本实现各种不同需求的组合式分析仪。系统提高了分析仪器本身的自动化水平，分析仪器的自动校准和诊断。