相關產品推薦更多 >>
脫鹽水（shuǐ）流量計的概（gài）述與在人機界麵的應（yīng）用
點擊次（cì）數：1855 發布時（shí）間：2021-01-16 12:42:16
摘要：*先（xiān）著手於智能流量儀表的發展，介紹其（qí）發展的特點，隨著（zhe）智能流量儀（yí）表功能（néng）的多樣化，單純的前、後台（tái）程序開發機製已經不能滿足越來越複雜化、多樣化的（de）嵌入式應（yīng）用需求，傳統（tǒng）的人機界麵也已不適宜用戶更加方便快捷的使（shǐ）用，因此應該選擇合適的實時操作係（xì）統， 針對不同操作係統的特性*後提出了基於（yú） μC／OS－III 的智能流量儀表的人機界麵設計的方法，並且就 μC／OS－III 在脫鹽水流（liú）量計人機界麵（miàn）的應用中進行舉例說明。
在（zài）工（gōng）業生產中，經（jīng）常需要對生產過程中各種流動介（jiè）質（如（rú）液體、氣體和蒸汽、固體粉末）的流量進行檢測，以（yǐ）便有效地控製生產過（guò）程和了解更多（duō）有關生產的參數。 隨著智能流量儀表的（de）不斷普及， 不斷優化人機界麵的設計（jì）也成為各個智能儀（yí）表生產廠家關注的發展方（fāng）向。 為了提（tí）高智能流量儀表測量、處理數據的實時性和人機交互的可靠性， 本文提出了基於實施嵌入式操作係統 μC／OS－III 的設計方法，優化了人機界麵的交互。
1 智能流量（liàng）儀表概述
脫鹽水流量計（jì）是（shì）一類新型的、 內部裝有微處理器或單片機的（de）微機化電（diàn）子儀器，它是由傳統的電子儀（yí）器發展而來（lái）的，但在結構（gòu）和內涵上已經發生了本質的變化。 回顧電子儀器的發展曆程，從儀器的工（gōng）作原理來看， 是從模擬式電子儀器階段發展到數字式電子儀器階段，再發展到智能型儀器階段（duàn）。 智能流量儀表具有（yǒu）以（yǐ）下特（tè）點：
1 ）自動化程度高。 智能（néng）流量儀表采用了微控製器（qì）為控製核心，具備良好的可（kě）編程能（néng）力，可以輕鬆（sōng）完成數據自動采集（jí）、過程自動控（kòng）製（zhì）、故障自動診（zhěn）斷、數據自動處理等（děng）功能（néng）。 這不僅（jǐn）提高了工（gōng）作效率，節省了勞動力，而且使自動化程度得到了提（tí）高（gāo）。
2 ）接口豐富。 脫鹽水流量計往往都（dōu）具（jù）備強大（dà）的係統功能接（jiē）口，且接口種（zhǒng）類多、數量多、功能強。 如模擬量輸入和輸出、開關量輸入和輸出、人機接口和通訊接口等。
3 ）具備通訊能力。脫鹽水流（liú）量計幾（jǐ）乎都具備通訊接口，如 RS－232C 接口、 RS485 接口、 USB 接口和以（yǐ）太網接口等， 使得儀表本身能與外界有良好的信息交互。
4 ）多功能化、小型化和高可靠性。隨著科（kē）技的飛速發（fā）展使得微控製器芯片、外圍電路芯片等器件集成度逐漸提高。 芯（xīn）片功能越來（lái）越強，少數的幾個芯片就可以實現強大的功能。
5 ）人（rén）機界麵信息的交互更加（jiā）實（shí）時，通過各（gè）種（zhǒng）信息的反饋及時提醒用戶在測量（liàng）過程中（zhōng）出現的異常情況以保（bǎo）證參量參（cān）數的可（kě）靠性（xìng）。
2 基於 μC／OS－III 在人機（jī）界麵的應用
2．1 嵌入（rù）式實（shí）時操作係統
嵌入式（shì）係統，就是為了（le）實現（xiàn）特定的功能（néng），將硬件和軟（ruǎn）件連結起來的計算機係統。 然而，隨著科技的不斷發展，單純的前、後台程序開發機製已（yǐ）經不再能（néng）滿足越來越複雜化和多樣化的嵌入式應用（yòng）需求，因而現在常常采用嵌入式實時操作係統（ RTOS ， RealTime Operating System ）進行實時多（duō）任務（wù）程序的開發。 μC／OS－III 是基於 μC－OS 發展（zhǎn）起來的， 它是美國嵌入式係統專家 Jean J Labrosse 用 C 語言編寫的一個搶占式的多任務實時內核，其*大的特點是結構小巧。 μC／OS－III 是一個可擴展的，可固化的，搶（qiǎng）占式的實時內核，它管理（lǐ）的任務個（gè）數不受限製。 它是*三（sān）代內核，提供（gòng）了現代實時內核所期望的所有功能包括資源（yuán）管理、同（tóng）步、內部任務交（jiāo）流等（děng）。 μC／OS－III 也提供了（le）很多特性是在其他實時內核中所沒有的。 比如能在運行時測量運行性能，直接得發送信號或消息給任務，任務能同時等待多個（gè）信號量和消息隊列。 如（rú）圖 1 所示實時（shí）應用程序的設計通常（cháng）包含多個任（rèn）務，每個任務都是整體應用的一部（bù）分，都被賦予了一（yī）定的優先級， 當（dāng）讓也可以多（duō）個任務共一（yī）個（gè）優先（xiān）級（jí）， 且（qiě）有獨自的一（yī）套（tào）CPU 寄存器和棧空間。
μC／OS－III 中的每（měi）一（yī）個（gè）任務都是無限循環的 。 每個任務會有五種狀態，並（bìng）且（qiě）處於五種狀態之一。 這五種狀態分（fèn）別是：睡眠態、就緒態、運行態、等待態以及中斷（duàn）服務態。 睡（shuì）眠態是指任務（wù）隻是以代碼的形式存在於程序空間， 並未交給操（cāo）作係統進行管理； 就緒態是指（zhǐ）係統（tǒng）為任務（wù）配備了任務控製塊且在任務就緒表中進行了就緒登記，使任務具備（bèi）了運行的充（chōng）分條件；運行態是指處於就緒態的任務如（rú）果經調度器判斷獲得了 CPU 的使用權時的狀態；等待態則是正在運行的任務，需（xū）要等待一段時間或需要等待一（yī）個事件發生再運行； 中斷服務狀態是指一個正在運（yùn）行（háng）的任務一旦響應中斷申（shēn）請就會中止運行而去執行中斷服務（wù）程序。這五種狀態在係統管理下的轉換關係由圖 2 所示。
2．2 人機界麵應用實例（lì）
人機界麵（miàn）（ Human Machine Interaction ，簡稱 HMI ），又稱用戶界麵或使用者（zhě）界麵，是人與計（jì）算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算機係統的重要組成部分。 在智能流量儀表的應用中，界麵（miàn）不僅顯示測量的流量數（shù）據和各種報警信息，還能通過界麵參數的設定改變測量有關的參數。 它主要包括鍵盤和LCD 顯示。
下麵以電磁流（liú）量計為例說明基於 μC／OS－III 的人機（jī）界麵設計。 先將 μC／OS－III 移植到 Cortex－M3 處理器上，這裏選用的是 STM32F103VET6 。電磁流量計的應用程序若按照上節的任務（wù）種類劃分有： 數（shù）據采集任務、數據處（chù）理任務， 4～20mA輸出任務， Hart 通（tōng）訊任務以及用戶交互任務。 先對不同的任務進行優先級的劃分，如表 1 所示。
在多任務操（cāo）作係統中，任務之間常（cháng）常需要通過傳遞一（yī）個數據的方（fāng）式來進行通訊。 為了（le）適應不同數據的（de）需要，可以在內存中創建一個存儲空間作為該數據的緩衝區。如果把這個緩衝區叫做消息緩衝區，那麽在（zài）任務間傳遞數據的一個*簡（jiǎn）單的（de）方法就（jiù）是傳遞消息緩衝（chōng）區（qū）的指針。 因此，這種用來傳遞消息（xī）緩衝（chōng）區指針的數據結構就稱為（wéi）消息郵箱。相對（duì）於 μC／OS－II ， μC／OS－III 有內在（zài）性能測試，它允許（xǔ）用戶測得係統的（de）*長關（guān）中斷時間，也就是提供了一些工具可以測量每（měi）個任務關中斷的時間；用戶在測得每個任務的*長禁止調度時間基礎（chǔ）上（shàng），可以測得係統禁止任務調度的*長時間，也是說（shuō）做了（le）個測量；每次發出的信（xìn）息都帶有時間戳，用戶也容易得到任務級的響應時間。 這樣便（biàn）於優化各個任務之間的通信，在保證測量數據準（zhǔn）確的前提下提高響應的時（shí）間。
3 結束語
本文（wén）基於現（xiàn）代智能流量儀表的特點提出了基於 μC／OS－III的（de）智能流量儀表人機界麵設計， 將 μC／OS－III 移植到 Cortex－M3 處理器之（zhī）後能有效地優化程序，實現人機界（jiè）麵更加（jiā）實（shí）時便捷的交互， 不僅能保證測量的可靠性還能實時（shí）對測量數據進行傳（chuán）輸避免了多任務之間的衝突。
工業鹽水流量計在聚乙烯醇生產各（gè）工段的的應（yīng）用狀況 測量鹽水流量計在地下管道中的安（ān）裝 流場（chǎng）、磁場及介質電導率對測量鹽水流量計測量的（de）影響（xiǎng）分析 防腐（fǔ）鹽水流量表校準設備的重要性 除鹽水流量表（biǎo）的產品特點及應用範圍與（yǔ）精準測量解析 除鹽水流量表在特殊環境中需要考慮的一（yī）些因（yīn）素 鹽水流量計在自（zì）來水供水企業中的選型與應用 關於鹽水溶液流量計的誤差產生原因及（jí）調（diào）整方法 冷凍鹽水（shuǐ）管道流量計在磷銨裝置中的安裝（zhuāng）與故障處理 如何通過測量電*接觸電阻分析（xī）脫鹽水流量計故障及解決方法 除鹽水流量計的測量（liàng）電*的組成方式（shì）有幾種（zhǒng）類型 鹽水流量（liàng）計測量管的襯裏和電*加工工（gōng）藝方法討論 雷擊對除鹽水電磁流量表的危害及如何有效應對雷擊的措施 冷凍鹽（yán）水流量計勵磁係統硬件研製 關於幾類測鹽水流量用流量計（jì）的特點及選型的分析 環形電源工（gōng）業鹽水流量計*大（dà）限度地提高了能量流量 測量除鹽水流量用流量計的抗幹擾措施及其效果分析（xī） 正（zhèng）確理解（jiě）測鹽水流（liú）量計的誤差產（chǎn）生原因及（jí）調整方法 使用耐腐蝕鹽水流量計計量鋼廠工業水的應用分析 工業除鹽（yán）水流量計,測鹽水流量用什麽流量計 工（gōng）業除鹽水流量計,測鹽水流量計（jì） 工業（yè）除鹽水流量計（jì）,高精度鹽水流量計 除鹽水流量計 電廠（chǎng）化水（shuǐ）除鹽水流量計 電廠除鹽水流量計選型 除鹽水（shuǐ）流量計選型,電廠化水除鹽水流量計 除鹽水流量（liàng）計,脫鹽水（shuǐ）流量（liàng）計 耐腐蝕鹽水流量（liàng）計的調校方法與安全措施 鹽水計量表在汙水流量測量中有什麽優勢 除鹽水流量計等流量儀（yí）表與管道連接有哪幾種方式
在（zài）工（gōng）業生產中，經（jīng）常需要對生產過程中各種流動介（jiè）質（如（rú）液體、氣體和蒸汽、固體粉末）的流量進行檢測，以（yǐ）便有效地控製生產過（guò）程和了解更多（duō）有關生產的參數。 隨著智能流量儀表的（de）不斷普及， 不斷優化人機界麵的設計（jì）也成為各個智能儀（yí）表生產廠家關注的發展方（fāng）向。 為了提（tí）高智能流量儀表測量、處理數據的實時性和人機交互的可靠性， 本文提出了基於實施嵌入式操作係統 μC／OS－III 的設計方法，優化了人機界麵的交互。
1 智能流量（liàng）儀表概述
脫鹽水流量計（jì）是（shì）一類新型的、 內部裝有微處理器或單片機的（de）微機化電（diàn）子儀器，它是由傳統的電子儀（yí）器發展而來（lái）的，但在結構（gòu）和內涵上已經發生了本質的變化。 回顧電子儀器的發展曆程，從儀器的工（gōng）作原理來看， 是從模擬式電子儀器階段發展到數字式電子儀器階段，再發展到智能型儀器階段（duàn）。 智能流量儀表具有（yǒu）以（yǐ）下特（tè）點：
1 ）自動化程度高。 智能（néng）流量儀表采用了微控製器（qì）為控製核心，具備良好的可（kě）編程能（néng）力，可以輕鬆（sōng）完成數據自動采集（jí）、過程自動控（kòng）製（zhì）、故障自動診（zhěn）斷、數據自動處理等（děng）功能（néng）。 這不僅（jǐn）提高了工（gōng）作效率，節省了勞動力，而且使自動化程度得到了提（tí）高（gāo）。
2 ）接口豐富。 脫鹽水流量計往往都（dōu）具（jù）備強大（dà）的係統功能接（jiē）口，且接口種（zhǒng）類多、數量多、功能強。 如模擬量輸入和輸出、開關量輸入和輸出、人機接口和通訊接口等。
3 ）具備通訊能力。脫鹽水流（liú）量計幾（jǐ）乎都具備通訊接口，如 RS－232C 接口、 RS485 接口、 USB 接口和以（yǐ）太網接口等， 使得儀表本身能與外界有良好的信息交互。
4 ）多功能化、小型化和高可靠性。隨著科（kē）技的飛速發（fā）展使得微控製器芯片、外圍電路芯片等器件集成度逐漸提高。 芯（xīn）片功能越來（lái）越強，少數的幾個芯片就可以實現強大的功能。
5 ）人（rén）機界麵信息的交互更加（jiā）實（shí）時，通過各（gè）種（zhǒng）信息的反饋及時提醒用戶在測量（liàng）過程中（zhōng）出現的異常情況以保（bǎo）證參量參（cān）數的可（kě）靠性（xìng）。
2 基於 μC／OS－III 在人機（jī）界麵的應用
2．1 嵌入（rù）式實（shí）時操作係統
嵌入式（shì）係統，就是為了（le）實現（xiàn）特定的功能（néng），將硬件和軟（ruǎn）件連結起來的計算機係統。 然而，隨著科技的不斷發展，單純的前、後台程序開發機製已（yǐ）經不再能（néng）滿足越來越複雜化和多樣化的嵌入式應用（yòng）需求，因而現在常常采用嵌入式實時操作係統（ RTOS ， RealTime Operating System ）進行實時多（duō）任務（wù）程序的開發。 μC／OS－III 是基於 μC－OS 發展（zhǎn）起來的， 它是美國嵌入式係統專家 Jean J Labrosse 用 C 語言編寫的一個搶占式的多任務實時內核，其*大的特點是結構小巧。 μC／OS－III 是一個可擴展的，可固化的，搶（qiǎng）占式的實時內核，它管理（lǐ）的任務個（gè）數不受限製。 它是*三（sān）代內核，提供（gòng）了現代實時內核所期望的所有功能包括資源（yuán）管理、同（tóng）步、內部任務交（jiāo）流等（děng）。 μC／OS－III 也提供了（le）很多特性是在其他實時內核中所沒有的。 比如能在運行時測量運行性能，直接得發送信號或消息給任務，任務能同時等待多個（gè）信號量和消息隊列。 如（rú）圖 1 所示實時（shí）應用程序的設計通常（cháng）包含多個任（rèn）務，每個任務都是整體應用的一部（bù）分，都被賦予了一（yī）定的優先級， 當（dāng）讓也可以多（duō）個任務共一（yī）個（gè）優先（xiān）級（jí）， 且（qiě）有獨自的一（yī）套（tào）CPU 寄存器和棧空間。
μC／OS－III 中的每（měi）一（yī）個（gè）任務都是無限循環的 。 每個任務會有五種狀態，並（bìng）且（qiě）處於五種狀態之一。 這五種狀態分（fèn）別是：睡眠態、就緒態、運行態、等待態以及中斷（duàn）服務態。 睡（shuì）眠態是指任務（wù）隻是以代碼的形式存在於程序空間， 並未交給操（cāo）作係統進行管理； 就緒態是指（zhǐ）係統（tǒng）為任務（wù）配備了任務控製塊且在任務就緒表中進行了就緒登記，使任務具備（bèi）了運行的充（chōng）分條件；運行態是指處於就緒態的任務如（rú）果經調度器判斷獲得了 CPU 的使用權時的狀態；等待態則是正在運行的任務，需（xū）要等待一段時間或需要等待一（yī）個事件發生再運行； 中斷服務狀態是指一個正在運（yùn）行（háng）的任務一旦響應中斷申（shēn）請就會中止運行而去執行中斷服務（wù）程序。這五種狀態在係統管理下的轉換關係由圖 2 所示。
2．2 人機界麵應用實例（lì）
人機界麵（miàn）（ Human Machine Interaction ，簡稱 HMI ），又稱用戶界麵或使用者（zhě）界麵，是人與計（jì）算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算機係統的重要組成部分。 在智能流量儀表的應用中，界麵（miàn）不僅顯示測量的流量數（shù）據和各種報警信息，還能通過界麵參數的設定改變測量有關的參數。 它主要包括鍵盤和LCD 顯示。
下麵以電磁流（liú）量計為例說明基於 μC／OS－III 的人機（jī）界麵設計。 先將 μC／OS－III 移植到 Cortex－M3 處理器上，這裏選用的是 STM32F103VET6 。電磁流量計的應用程序若按照上節的任務（wù）種類劃分有： 數（shù）據采集任務、數據處（chù）理任務， 4～20mA輸出任務， Hart 通（tōng）訊任務以及用戶交互任務。 先對不同的任務進行優先級的劃分，如表 1 所示。
在多任務操（cāo）作係統中，任務之間常（cháng）常需要通過傳遞一（yī）個數據的方（fāng）式來進行通訊。 為了（le）適應不同數據的（de）需要，可以在內存中創建一個存儲空間作為該數據的緩衝區。如果把這個緩衝區叫做消息緩衝區，那麽在（zài）任務間傳遞數據的一個*簡（jiǎn）單的（de）方法就（jiù）是傳遞消息緩衝（chōng）區（qū）的指針。 因此，這種用來傳遞消息（xī）緩衝（chōng）區指針的數據結構就稱為（wéi）消息郵箱。相對（duì）於 μC／OS－II ， μC／OS－III 有內在（zài）性能測試，它允許（xǔ）用戶測得係統的（de）*長關（guān）中斷時間，也就是提供了一些工具可以測量每（měi）個任務關中斷的時間；用戶在測得每個任務的*長禁止調度時間基礎（chǔ）上（shàng），可以測得係統禁止任務調度的*長時間，也是說（shuō）做了（le）個測量；每次發出的信（xìn）息都帶有時間戳，用戶也容易得到任務級的響應時間。 這樣便（biàn）於優化各個任務之間的通信，在保證測量數據準（zhǔn）確的前提下提高響應的時（shí）間。
3 結束語
本文（wén）基於現（xiàn）代智能流量儀表的特點提出了基於 μC／OS－III的（de）智能流量儀表人機界麵設計， 將 μC／OS－III 移植到 Cortex－M3 處理器之（zhī）後能有效地優化程序，實現人機界（jiè）麵更加（jiā）實（shí）時便捷的交互， 不僅能保證測量的可靠性還能實時（shí）對測量數據進行傳（chuán）輸避免了多任務之間的衝突。
上一篇：dn80泥漿流量計（jì）的測（cè）量原理及實踐當中遇到的難題與（yǔ）優化
下（xià）一篇：淺析（xī）耐腐蝕（shí）鹽水流量計在鍋爐自動化控製中的應（yīng）用