基于ARM9和Linux的电磁流量计设计

　　0 引 言

　　电磁流量计是一种测量导电介质体积流量的计量仪表，具有测量精度高、稳定性好、可靠性高等特点。电磁流量计除可测量一般导电液体的流量外，还可 测量液固两相液体、高粘度液体及盐类、强酸、强碱液体的体积流量，可广泛应用于水泥、化工、轻纺、冶金、矿山、造纸、医药、给排水、食品饮料、环保等工业 技术部门，其产品的性能、质量和可靠性对上述企业的经济效益有着重要的影响。

　　嵌入式系统（ Embedded Sy stem） 是以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且软硬件是可以裁减的，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。它 是面向用户、面向产品、面向应用的专用系统，与通用的计算机系统相比具有如下特点：嵌入式CPU 通常具有低功耗、体积小、集成度高、成本低等优点，能够把通用的CPU 中许多由板卡完成的功能集成到芯片内部； 嵌入式系统的开发和应用不容易在市场上形成垄断； 嵌入式系统产品一旦进入市场，一般具有较长的生命周期； 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计； 嵌入式系统必须有一套交叉开发工具和环境才能进行开发。

　　检测仪表是实现参数检测过程的重要一环，一般都具有变换、测量装置和显示装置三部分。针对于检测仪表的要求，合理剪裁软硬件实现高集成度、小型 化，使得检测仪表不仅具有传感测量、补偿计算、显示的功能，还具有更加强大的信息处理、比较推理、故障诊断、自学习自适应等智能化功能。应用嵌入式系统的 网络接入技术，还能使仪表完成远程维护、远程控制、故障报警、信息发布与共享等以前无法实现的功能。嵌入式系统技术的高度发展，给检测与仪表技术带来了前 所未有的发展空间和机遇，为检测仪表的智能化、网络化和微型化铺平了道路，为仪表行业的发展带来了广阔的前景。

　　传统电磁流量计一般采用8 位或16 位的单片机，由于单片机性能较弱和外围接口少，无法完成复杂算法或者多项并行任务； 在显示方式上一般采用LED 或段式LCD，只能显示数字、字母、汉字和一些粗糙的图案；在数据存储方面一般采用小容量的EPROM 存储器，流量数据存储一般以二进制方式存储，不具有通用性；在通信方式上，一般采用RS 232 或RS 485，其开放性不高，组网距离短。为了提高性能和功能，有些电磁流量计甚至采用了多个单片机协同工作的方式，增加了电磁流量计设计与实现的复杂度。因此 有必要采用高性能的32 位处理器来设计电磁流量计。

　　基于32 位ARM 处理器和嵌入式Linux 操作系统构建嵌入式系统开发平台，并将其应用于电磁流量计的设计和开发中，将有利于提高高端电磁流量计产品的质量，更好地满足用户需求，而且对我国电磁流 量计检测技术水平的发展也具有重要的现实意义。由于嵌入式系统的设计与开发的复杂性和高难度，本文所构建的高性能32 位嵌入式系统开发平台，也可推广应用于其他高端仪器仪表的设计中，缩短新产品的设计开发周期，增强企业对客户需求的响应能力和产品的更新换代能力。

　　1 总体设计

　　1. 1 ARM 处理器的选择

　　结合电磁流量计的应用背景，选择32 位的嵌入式ARM 处理器。根据ARM 处理器的应用选型，并考虑到ARM 处理器价格、性能、集成度和功能、设计支持及开发工具的支持等因素，以及应用中对于以太网和USB 接口功能的要求，选择了Atmel 公司的AT91RM9200 工业级芯片。

　　1. 2 嵌入式操作系统的选择

　　对于一种嵌入式操作系统通常有这样一些*估选择标准：实用性、需要消耗的资源数（ 包括SDRAM，FLASH MEMORY 等） 、支持软件的丰富程度、可靠性以及其执行性能等。Linux 已经被移植到了很多平台，包括ARM，MIPS，SH3，Alpha，X86，Pow erPC 等，由成千上万的爱好者开发的应用软件、协议栈以及丰富的设备驱动程序； 更重要的是这些驱动很多都以OpenSour ce 的形式发布出来，使得大家都从中受益。

　　1. 3 总体设计框架

　　通过对电磁流量计的方案选择，并综合国内外电磁流量仪表产品的智能化、集成化、网络化的发展趋势，系统总体结构如图1 所示。系统主要由硬件子系统和软件子系统组成。

图1 系统总体框架

　　电磁流量计的硬件子系统主要由电源模块、信号输入模块、CPU 核心模块、励磁输出模块、人机交互模块、通信接口模块和调试接口模块组成。各模块的功能描述如下：

　　电源模块：为整个硬件子系统提供稳定可靠的电源。

　　CPU 核心模块：由ARM 处理器、SDRAM，FLASH 以及辅助电路构成最小系统，同时也是运行嵌入式Linux 的基本硬件平台。

　　信号输入模块：将传感器输出的小电压或电流信号进行放大、滤波以及转换为数字量，以便进行软件处理。

　　励磁输出模块：通过D/ A 转换器输出低频三值矩形方波，并通过功率放大输出给传感器。

　　人机交互模块：由键盘接口和TFT 液晶显示接口组成，通过键盘和菜单界面进行系统参数设定，并由液晶屏实时显示瞬时流量、累积流量和流量曲线等。