尿素溶液流量計的概述與在人機（jī）界麵的應用
點擊次數：2084 發布時間：2020-08-13 08:06:10
摘要：*先著手於智能（néng）流量儀表的發展，介紹其發展的特點，隨著智能流量儀表功能的多樣化，單純的前、後台程序開發機（jī）製已經不（bú）能滿足（zú）越來（lái）越複雜化、多樣化（huà）的嵌入式應（yīng）用需求，傳統的人機界麵也已不適（shì）宜用戶更加（jiā）方便快捷的使用，因此應該選擇合適的實時（shí）操作係統， 針對不同操作（zuò）係統的（de）特性*後（hòu）提出了基於 μC／OS－III 的智能（néng）流量儀表的人機界麵（miàn）設計的方法，並且就 μC／OS－III 在尿素溶液流量計人機界麵的應用（yòng）中（zhōng）進行舉例說（shuō）明。
在工業生產（chǎn）中，經常需要對生產過（guò）程中各種流動介質（如液體、氣體（tǐ）和蒸汽、固體粉末）的流量進行檢測，以便有效地控製生產（chǎn）過程和了解（jiě）更多有關生產的參數。 隨著智能流量儀表的不斷普（pǔ）及， 不斷優化人機界麵的設計也成為各個智能儀表生產廠家關注的發展方向。 為了提高智能流量儀表測量、處理數據的實時性和人機交互的（de）可靠性， 本文提出了（le）基於實施嵌入式操（cāo）作係統 μC／OS－III 的設（shè）計（jì）方法，優化了（le）人機（jī）界麵的交（jiāo）互。
1 智能流量儀表概（gài）述
尿素溶液流量計是一類新型的、 內部裝有微處理器或單片機的微機化（huà）電子（zǐ）儀器，它是由傳統的電子儀器發展而來的，但在結構和內涵上已（yǐ）經發生了本質的變化。 回顧電子儀器的發展曆程，從儀器的工作（zuò）原理（lǐ）來看， 是從模擬式電子儀器階段發展到數字式電子（zǐ）儀器階段，再發展到智能型儀器階段。 智（zhì）能流量儀表具有以下特點：
1 ）自動化程度（dù）高。 智能流量儀表采用了微（wēi）控製器為控製核心（xīn），具備良好的可編（biān）程能力，可以輕鬆完成數據自動采集、過程（chéng）自動控製、故障（zhàng）自動診斷、數據自動處理等功（gōng）能。 這不僅提高了工作效（xiào）率，節省了勞動力，而且（qiě）使自動化程（chéng）度得到了提高。
2 ）接口豐富。 尿（niào）素溶液流量計往往都具備強大的係統功能接口，且接口種類（lèi）多、數量多、功（gōng）能強。 如模（mó）擬量輸入和輸出、開關量（liàng）輸入和輸出、人機接口和通訊接口等（děng）。
3 ）具備通（tōng）訊能力。尿素溶液流量計幾乎都具備通訊接口，如 RS－232C 接口、 RS485 接口、 USB 接口和以太網接口等， 使得儀表本身能與外界有良好（hǎo）的信息交互（hù）。
4 ）多功（gōng）能化、小型（xíng）化和高可靠性。隨（suí）著科技的飛速發展使得微（wēi）控製器芯片、外圍電路芯片等器件集成度逐（zhú）漸提高。 芯片功能越來越強，少數的幾個芯片就可以實現強大的功能。
5 ）人機界（jiè）麵信息的交互（hù）更加實時，通過各種信（xìn）息的反饋及時提醒用戶（hù）在測量過程中出現的異常情況以保證參量參數的可靠性。
2 基於 μC／OS－III 在人機界麵的應用
2．1 嵌入式實（shí）時操作係統（tǒng）
嵌入式係統，就是為了實現（xiàn）特定的功能，將硬件（jiàn）和軟件連結起來的計算機係統。 然而，隨（suí）著科技的不斷發展，單純的前、後台程序開發機製已經不再能滿足越來越複雜（zá）化和多樣化的嵌入式應用需求，因而現在常常采用嵌入式實時操作係統（ RTOS ， RealTime Operating System ）進行實（shí）時多任務程序（xù）的開發。 μC／OS－III 是基於 μC－OS 發展起來的， 它是美國嵌入式係統專家 Jean J Labrosse 用 C 語（yǔ）言（yán）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（kuò）展的，可固化的，搶占（zhàn）式的（de）實時內核，它（tā）管理（lǐ）的任務個數不受限製（zhì）。 它是*三代內核（hé），提供了現代實時內核所期望的（de）所有功能包括資源管理、同步、內部任務交流等。 μC／OS－III 也提供（gòng）了很多（duō）特性是在（zài）其他實時（shí）內（nèi）核中所沒有的。 比如能在運行（háng）時測量運（yùn）行性能，直接得發（fā）送信號或消息給任務，任（rèn）務能同時（shí）等待多個信號量和消（xiāo）息隊列。 如圖 1 所示實時應用程序的設計通常包含多個任務，每個任務都是整體（tǐ）應用的一部分，都被賦予了一（yī）定（dìng）的優先級， 當讓也可以多個任務共一個優先級， 且有獨自的一套CPU 寄存器和棧空間。
μC／OS－III 中的每一個任務都是無限循環的 。 每個任務會有五種狀（zhuàng）態，並且處於五（wǔ）種狀態之一。 這五種狀態分（fèn）別是：睡眠態（tài）、就緒態、運行態、等（děng）待態以及中斷服務態。 睡眠態是指任務隻是以代碼的形式存在（zài）於程序空間， 並未交給操作係統進行（háng）管理； 就（jiù）緒態是指（zhǐ）係統為任（rèn）務配備了任務控製塊且在任務（wù）就緒表（biǎo）中進行了就緒登記（jì），使任務具備了運行的充分條件；運行態是指處於就緒態的任務如果經調度器判斷（duàn）獲得（dé）了 CPU 的使用權時的狀態；等（děng）待態則是正在運行的任務，需要等待一段時間或需要等待一個事件發生再運行； 中（zhōng）斷服務狀態是指（zhǐ）一個正在運行（háng）的（de）任務一（yī）旦響應中斷申請就會中止運行而去執行中斷服務程序。這五種狀態（tài）在係統管理下的轉換關係由圖 2 所示。
2．2 人（rén）機（jī）界麵應用實例
人機界麵（miàn）（ Human Machine Interaction ，簡稱 HMI ），又稱用（yòng）戶界麵或使用者界麵，是人與計算機之間傳（chuán）遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算（suàn）機係統的（de）重要組成部（bù）分。 在智能流量儀表的（de）應用中，界麵不僅顯示測量的流量（liàng）數據和（hé）各種報（bào）警信（xìn）息，還能通過界麵參數（shù）的設定改變測量有（yǒu）關的參數。 它主要包括（kuò）鍵盤和LCD 顯示。
下麵以電磁流量計為例說明基於（yú） μC／OS－III 的人機界麵設計。 先將（jiāng） μC／OS－III 移植（zhí）到（dào） Cortex－M3 處（chù）理器上，這裏（lǐ）選用的是 STM32F103VET6 。電磁流（liú）量計的應用程序若按照上節的任務種類劃分有： 數據采集任務、數據處理任務， 4～20mA輸出任（rèn）務， Hart 通訊任務以及用戶交互任務。 先對不（bú）同的任務進行優先級（jí）的劃分，如表 1 所示。
在多任務操作係統中，任務之間常常需要通過傳遞一個（gè）數據的方式來進行通訊。 為了適應不同數據的需要，可以在內存中（zhōng）創建一個存儲空（kōng）間作為該數據的緩衝區。如果把這個緩衝（chōng）區叫做消息緩衝區，那麽在任（rèn）務間傳遞數據的一個*簡單的方法就是傳遞消息緩衝（chōng）區的指針。 因此，這種（zhǒng）用來傳（chuán）遞（dì）消息緩衝區指針（zhēn）的數據結構就稱為消息郵箱。相對（duì）於 μC／OS－II ， μC／OS－III 有內在性（xìng）能測試，它允許（xǔ）用戶測得係統的*長關中斷時（shí）間，也（yě）就是提供了一些（xiē）工具可以測量每（měi）個任務關中斷的（de）時間（jiān）；用戶在測得每（měi）個任（rèn）務的*長禁止調度時間基礎上，可以測得係統禁止（zhǐ）任務調度的*長時間，也是說做了（le）個測量；每次發出的信息都帶（dài）有時間戳，用戶（hù）也容易（yì）得到任務級的響應時間。 這樣便於優化（huà）各個任務之間的通信（xìn），在保證測量數（shù）據（jù）準（zhǔn）確的前提下提高響應的時間。
3 結束語
本文基於現代（dài）智能流量儀表的特（tè）點提出了基於 μC／OS－III的智能流量儀表人機界麵設計， 將 μC／OS－III 移（yí）植到 Cortex－M3 處理器之後能有效地優化程序，實現人機界麵更加實時便捷（jié）的交互， 不僅能保證測量的可靠性還能實時對測量數據進行傳輸避免了多任務之間的衝突。
尿素溶液流量（liàng）計選型參數（shù） 尿（niào）素液體流量計（jì）規格（gé）型號 尿素流量計如何清理 電磁流量計測尿（niào）素溶液的特點分析與選型要點 尿素溶液電磁流量計,尿素液流量計價格 尿（niào）素溶液（yè）流量計,尿素（sù）流量表 尿素流量表,尿素流量用什麽流量（liàng）計 尿素化工流量計（jì）,尿素溶液電（diàn）磁流量計 尿素（sù）液流量（liàng）計價（jià）格 尿素流量用（yòng）什麽流（liú）量計 尿素（sù）液流（liú）量計價格,尿（niào）素化（huà）工流量計（jì） 尿素溶液電磁流量計的（de）工作原理與運行條件 尿素化工智能計量表 尿素流量計的原理以及構成故障檢查和（hé）步驟 尿素（sù）流量表,尿素化工智能計量表 尿素溶液電（diàn）磁流量計等各類儀表設備單體調（diào）校方法 尿素流量計的優點及設計選型時考（kǎo）慮因素 尿素液流量計在鉀肥生產中的使用注意事（shì）項 尿素溶（róng）液電磁流量計的原理及傳感器線性度評定 安裝尿素流量計時如何減少彎管部件對於測量的影（yǐng）響 如何通過測量電*接觸電阻來發現尿素流量表問題 關於尿素（sù）液計量表如何測量實驗室條件下質量流量的方法 尿素專用流量計在調試（shì）期與運行期故障（zhàng）有哪些典（diǎn）型的故障（zhàng） 尿（niào）素溶液流（liú）量計的概述（shù）與在人機界麵的應用
在工業生產（chǎn）中，經常需要對生產過（guò）程中各種流動介質（如液體、氣體（tǐ）和蒸汽、固體粉末）的流量進行檢測，以便有效地控製生產（chǎn）過程和了解（jiě）更多有關生產的參數。 隨著智能流量儀表的不斷普（pǔ）及， 不斷優化人機界麵的設計也成為各個智能儀表生產廠家關注的發展方向。 為了提高智能流量儀表測量、處理數據的實時性和人機交互的（de）可靠性， 本文提出了（le）基於實施嵌入式操（cāo）作係統 μC／OS－III 的設（shè）計（jì）方法，優化了（le）人機（jī）界麵的交（jiāo）互。
1 智能流量儀表概（gài）述
尿素溶液流量計是一類新型的、 內部裝有微處理器或單片機的微機化（huà）電子（zǐ）儀器，它是由傳統的電子儀器發展而來的，但在結構和內涵上已（yǐ）經發生了本質的變化。 回顧電子儀器的發展曆程，從儀器的工作（zuò）原理（lǐ）來看， 是從模擬式電子儀器階段發展到數字式電子（zǐ）儀器階段，再發展到智能型儀器階段。 智（zhì）能流量儀表具有以下特點：
1 ）自動化程度（dù）高。 智能流量儀表采用了微（wēi）控製器為控製核心（xīn），具備良好的可編（biān）程能力，可以輕鬆完成數據自動采集、過程（chéng）自動控製、故障（zhàng）自動診斷、數據自動處理等功（gōng）能。 這不僅提高了工作效（xiào）率，節省了勞動力，而且（qiě）使自動化程（chéng）度得到了提高。
2 ）接口豐富。 尿（niào）素溶液流量計往往都具備強大的係統功能接口，且接口種類（lèi）多、數量多、功（gōng）能強。 如模（mó）擬量輸入和輸出、開關量（liàng）輸入和輸出、人機接口和通訊接口等（děng）。
3 ）具備通（tōng）訊能力。尿素溶液流量計幾乎都具備通訊接口，如 RS－232C 接口、 RS485 接口、 USB 接口和以太網接口等， 使得儀表本身能與外界有良好（hǎo）的信息交互（hù）。
4 ）多功（gōng）能化、小型（xíng）化和高可靠性。隨（suí）著科技的飛速發展使得微（wēi）控製器芯片、外圍電路芯片等器件集成度逐（zhú）漸提高。 芯片功能越來越強，少數的幾個芯片就可以實現強大的功能。
5 ）人機界（jiè）麵信息的交互（hù）更加實時，通過各種信（xìn）息的反饋及時提醒用戶（hù）在測量過程中出現的異常情況以保證參量參數的可靠性。
2 基於 μC／OS－III 在人機界麵的應用
2．1 嵌入式實（shí）時操作係統（tǒng）
嵌入式係統，就是為了實現（xiàn）特定的功能，將硬件（jiàn）和軟件連結起來的計算機係統。 然而，隨（suí）著科技的不斷發展，單純的前、後台程序開發機製已經不再能滿足越來越複雜（zá）化和多樣化的嵌入式應用需求，因而現在常常采用嵌入式實時操作係統（ RTOS ， RealTime Operating System ）進行實（shí）時多任務程序（xù）的開發。 μC／OS－III 是基於 μC－OS 發展起來的， 它是美國嵌入式係統專家 Jean J Labrosse 用 C 語（yǔ）言（yán）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（kuò）展的，可固化的，搶占（zhàn）式的（de）實時內核，它（tā）管理（lǐ）的任務個數不受限製（zhì）。 它是*三代內核（hé），提供了現代實時內核所期望的（de）所有功能包括資源管理、同步、內部任務交流等。 μC／OS－III 也提供（gòng）了很多（duō）特性是在（zài）其他實時（shí）內（nèi）核中所沒有的。 比如能在運行（háng）時測量運（yùn）行性能，直接得發（fā）送信號或消息給任務，任（rèn）務能同時（shí）等待多個信號量和消（xiāo）息隊列。 如圖 1 所示實時應用程序的設計通常包含多個任務，每個任務都是整體（tǐ）應用的一部分，都被賦予了一（yī）定（dìng）的優先級， 當讓也可以多個任務共一個優先級， 且有獨自的一套CPU 寄存器和棧空間。
μC／OS－III 中的每一個任務都是無限循環的 。 每個任務會有五種狀（zhuàng）態，並且處於五（wǔ）種狀態之一。 這五種狀態分（fèn）別是：睡眠態（tài）、就緒態、運行態、等（děng）待態以及中斷服務態。 睡眠態是指任務隻是以代碼的形式存在（zài）於程序空間， 並未交給操作係統進行（háng）管理； 就（jiù）緒態是指（zhǐ）係統為任（rèn）務配備了任務控製塊且在任務（wù）就緒表（biǎo）中進行了就緒登記（jì），使任務具備了運行的充分條件；運行態是指處於就緒態的任務如果經調度器判斷（duàn）獲得（dé）了 CPU 的使用權時的狀態；等（děng）待態則是正在運行的任務，需要等待一段時間或需要等待一個事件發生再運行； 中（zhōng）斷服務狀態是指（zhǐ）一個正在運行（háng）的（de）任務一（yī）旦響應中斷申請就會中止運行而去執行中斷服務程序。這五種狀態（tài）在係統管理下的轉換關係由圖 2 所示。
2．2 人（rén）機（jī）界麵應用實例
人機界麵（miàn）（ Human Machine Interaction ，簡稱 HMI ），又稱用（yòng）戶界麵或使用者界麵，是人與計算機之間傳（chuán）遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算（suàn）機係統的（de）重要組成部（bù）分。 在智能流量儀表的（de）應用中，界麵不僅顯示測量的流量（liàng）數據和（hé）各種報（bào）警信（xìn）息，還能通過界麵參數（shù）的設定改變測量有（yǒu）關的參數。 它主要包括（kuò）鍵盤和LCD 顯示。
下麵以電磁流量計為例說明基於（yú） μC／OS－III 的人機界麵設計。 先將（jiāng） μC／OS－III 移植（zhí）到（dào） Cortex－M3 處（chù）理器上，這裏（lǐ）選用的是 STM32F103VET6 。電磁流（liú）量計的應用程序若按照上節的任務種類劃分有： 數據采集任務、數據處理任務， 4～20mA輸出任（rèn）務， Hart 通訊任務以及用戶交互任務。 先對不（bú）同的任務進行優先級（jí）的劃分，如表 1 所示。
在多任務操作係統中，任務之間常常需要通過傳遞一個（gè）數據的方式來進行通訊。 為了適應不同數據的需要，可以在內存中（zhōng）創建一個存儲空（kōng）間作為該數據的緩衝區。如果把這個緩衝（chōng）區叫做消息緩衝區，那麽在任（rèn）務間傳遞數據的一個*簡單的方法就是傳遞消息緩衝（chōng）區的指針。 因此，這種（zhǒng）用來傳（chuán）遞（dì）消息緩衝區指針（zhēn）的數據結構就稱為消息郵箱。相對（duì）於 μC／OS－II ， μC／OS－III 有內在性（xìng）能測試，它允許（xǔ）用戶測得係統的*長關中斷時（shí）間，也（yě）就是提供了一些（xiē）工具可以測量每（měi）個任務關中斷的（de）時間（jiān）；用戶在測得每（měi）個任（rèn）務的*長禁止調度時間基礎上，可以測得係統禁止（zhǐ）任務調度的*長時間，也是說做了（le）個測量；每次發出的信息都帶（dài）有時間戳，用戶（hù）也容易（yì）得到任務級的響應時間。 這樣便於優化（huà）各個任務之間的通信（xìn），在保證測量數（shù）據（jù）準（zhǔn）確的前提下提高響應的時間。
3 結束語
本文基於現代（dài）智能流量儀表的特（tè）點提出了基於 μC／OS－III的智能流量儀表人機界麵設計， 將 μC／OS－III 移（yí）植到 Cortex－M3 處理器之後能有效地優化程序，實現人機界麵更加實時便捷（jié）的交互， 不僅能保證測量的可靠性還能實時對測量數據進行傳輸避免了多任務之間的衝突。
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