江蘇省淮安生物工程高等職業(yè)學(xué)校 陳友明

1.概述

隨著電子技術(shù)及工業(yè)自動化的快速發(fā)展，無紙記錄儀的發(fā)展也應(yīng)運而生，對于以往的操作單一、存儲容量小、實時性差及精度不高的記錄儀，已不能滿足當(dāng)今企業(yè)的發(fā)展需求。嵌入式ARM處理器具有強(qiáng)大的硬件接口，大容量存儲以及處理速度快等特點，為無紙記錄儀的發(fā)展帶來了無限的發(fā)展空間。

無紙記錄儀摒棄了傳統(tǒng)有紙記錄儀中使用的記錄筆和記錄紙，提高了記錄儀本身的質(zhì)量，增強(qiáng)了記錄儀的穩(wěn)定性和可靠性，更重要的是降低了記錄儀的運行成本。無紙記錄儀是將工業(yè)現(xiàn)場的各種需要監(jiān)視記錄的輸入信號，比如流量計的流量信號、壓力變送器的壓力信號、熱電阻和熱電偶的溫度信號等，通過高性能32位ARM微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，一方面在大屏幕液晶顯示屏幕上以多種形式的畫面顯示出來，另一方面把這些監(jiān)察信號的數(shù)據(jù)存放在本機(jī)內(nèi)的大容量存儲芯片內(nèi)，以便在記錄儀上直接進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖形查詢、翻閱和打印。無紙記錄儀主要應(yīng)用場合為：冶金、石油、化工、建材、造紙、食品、制藥、熱處理和水處理等各種工業(yè)現(xiàn)場。

2.無紙記錄儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前ARM嵌入式芯片以它的功能強(qiáng)大，處理速度快及可移植操作系統(tǒng)統(tǒng)等功能特點受到了廣泛關(guān)注。以ARM作為記錄儀的核心控制器，將為無紙記錄儀的發(fā)展提供了一個更高的平臺。

Samsung S3C2440是一款輕量級微處理器，價格便宜、內(nèi)部資源豐富?；緟?shù)：ARM920T內(nèi)核，400M主頻，最高可達(dá)到533M，支持NAND FLASH、NORFLASH、SDRAM、支持STN/TFT LCD、4通道DMA、3通道UART、2通道SPI、IIC總線、IIS/AC97音頻控制器、SD/MMC控制器、2通道USB HOST 1通道USB DEVICE、4通道PWM、8通道A/D轉(zhuǎn)換、觸摸屏控制器、RTC、CMOS攝像頭、多功能I/O及多種電源管理。

系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3.嵌入式Linux系統(tǒng)及用戶界面設(shè)計

在眾多嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux目前發(fā)展最快、應(yīng)用最為廣泛。性能優(yōu)良、源碼開放的Linux具有體積小、內(nèi)核可裁減、網(wǎng)絡(luò)功能完善、可移植性強(qiáng)等諸多優(yōu)點，非常適合作為嵌入式操作系統(tǒng)。一個最基本的Linux操作系統(tǒng)應(yīng)該包括：引導(dǎo)程序、內(nèi)核與根文件系統(tǒng)三部分。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 RS-485總線通訊結(jié)構(gòu)圖

Linux對S3C2440處理器支持得相當(dāng)好，操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序都是開放源碼的。因此，Linux可以完全按照自己的需要裁減配置系統(tǒng)，使得尺寸更小，而且Linux操作系統(tǒng)性能比Windows操作系統(tǒng)性能更優(yōu)越。另外，可以避免支付Windows產(chǎn)品的版稅。S3C2440在Linux社區(qū)有龐大的用戶群，可以獲取豐富的開發(fā)調(diào)試信息。我們選擇Linux作為記錄儀的操作系統(tǒng)。

由于圖形界面要求并不復(fù)雜，可以選擇Qt/Embeded圖形系統(tǒng)。Qt/Embeded是面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本，是Qt的嵌入式Linux窗口，是完整的自包含C++ GUI和基于Linux的嵌入式品臺開發(fā)工具。Qt/Embeded API可用于多種開發(fā)項目。許多基于Qt的X Window程序可以非常方便地移植到嵌入式版本。

Qt/Embedded的底層圖形引擎基于framebuffer。framebuffer是一種驅(qū)動程序接口，它將顯示設(shè)備抽象為幀緩沖區(qū)。該驅(qū)動程序的設(shè)備文件一般是/dev/fb0、/dev/fb1等。對用戶而言，它和/dev下的其他設(shè)備沒有什么區(qū)別，用戶可以把framebuffer看成一塊內(nèi)存，既可以從這塊內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，也可以向其中寫入數(shù)據(jù)，而寫操作立即反應(yīng)在屏幕上。為運行Qt/Embedded，嵌入式Linux內(nèi)核要支持framebuffer。

Qt/Embedded是Qt的面向嵌入式應(yīng)用的簡化版本，它包括一組完備的GUI類、操作系統(tǒng)封裝、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類、功能類和組合類。大部分Qt的應(yīng)用程序可以經(jīng)過簡單的編譯與重設(shè)窗口大小移植到Qt/Embedded。

4.Linux環(huán)境下RS485通訊設(shè)計

RS485總線通訊結(jié)構(gòu)如圖2所示，主站是一臺主機(jī)，從站是多臺智能儀表。從站通訊端口為RS-485物理協(xié)議，每臺儀表分配唯一的地址，通訊總線接至控制室后經(jīng)232/485適配器轉(zhuǎn)換為RS-232物理接口接入主。

在Linux環(huán)境下，串口等終端設(shè)備都被當(dāng)做文件來看待，串口文件名為ttys0，后面是ttys1、ttys2等，在Linux中，打開串口設(shè)備和打開普通文件一樣，使用的是open()系統(tǒng)調(diào)用；fd=open(“/dev/ttys0”，O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK)；該函數(shù)打開串口COM1，并返回一個整型值的串口文件描述符fd。函數(shù)的第二個參數(shù)用來說明此函數(shù)的多個選型，它是定義在＜fcntl．H＞頭文件中的一個或多個常量的或運算：O＿RDONLY只讀打開、O＿WRONLY只寫打開、O＿RDWR讀寫打開，這三個常量必須指定一個且只能指定一個。

5.Linux環(huán)境下Qt串口通信編程

6.結(jié)束語

本文較全面地描述了基于ARM的無紙記錄儀的設(shè)計思路，系統(tǒng)地闡述了無紙記錄儀的硬件和軟件設(shè)計。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和嵌入式ARM芯片在工業(yè)現(xiàn)場儀表上的不斷應(yīng)用，功能更強(qiáng)大的新型工業(yè)智能儀表將不斷涌現(xiàn)。

[1]周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程(第二版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.

[2]孫瓊.嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)詳解[M].

[3]楊兆光.基于ARM的無紙記錄儀系統(tǒng)設(shè)計[J].微型計算機(jī)信息,2005.