超純水流量計的概述與在人機界麵的應用
點擊次數：2376 發布時間：2021-01-16 12:34:44
摘要：*先著手於智能流量儀表的發（fā）展，介紹其發展的特點，隨著智能流量儀（yí）表功（gōng）能的多樣化，單純的前、後台程序（xù）開發機製已經不（bú）能滿足越（yuè）來越複雜化（huà）、多樣化的嵌入式應用需求（qiú），傳統的人機界麵也已不適宜（yí）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統， 針對（duì）不（bú）同操作係統的（de）特性*後提（tí）出了基於 μC／OS－III 的智能流量儀表的人機界麵設計的（de）方法，並且（qiě）就 μC／OS－III 在超純水流量計人機界麵的應用中進行舉例說明。
在工業生產中（zhōng），經常需（xū）要對生產過程中各種流動介質（如液體（tǐ）、氣體和蒸汽、固體粉末）的流量（liàng）進行檢測，以便有效地控製生產過程和了解更多有關生產的（de）參（cān）數。 隨著智能流量儀表的不斷（duàn）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（guān）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（huà）了人機界麵的交互。
1 智能流（liú）量儀表概述
超純水流量計是一類新（xīn）型（xíng）的、 內部裝有微處理（lǐ）器或單片機的（de）微機化電子（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（shàng）已經發生了本質的變（biàn）化。 回顧電子（zǐ）儀器的發展曆程，從儀（yí）器的工作原理來看， 是從（cóng）模擬式電子儀器（qì）階段發展到（dào）數字式電子儀器階段，再（zài）發展到智能型（xíng）儀器階段。 智能流量儀（yí）表具有以下特點：
1 ）自動化程度高（gāo）。 智能流量儀（yí）表（biǎo）采用了（le）微控製器為控製核心，具備良好的可編程能（néng）力，可以輕（qīng）鬆完成數據自動采集、過程自動控製（zhì）、故障自動診斷、數據自（zì）動處理等功能。 這不僅提高（gāo）了工作效率，節省了勞動（dòng）力，而且使自動化程度得到了提高。
2 ）接口豐富。 超（chāo）純水流量計往往都具備強大的係統功能接口，且接口（kǒu）種類多、數量多、功能強。 如模擬量輸入和輸出、開關量輸入（rù）和輸出、人機接口和通訊接口等。
3 ）具備通訊能力。超純水流量計幾乎都具備通（tōng）訊接口，如（rú） RS－232C 接口、 RS485 接口、 USB 接口和以太網接口等， 使得儀（yí）表本身能與外界有良好的信息交互。
4 ）多功能化、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（xīn）片、外圍電（diàn）路芯片等器件集成度逐（zhú）漸提（tí）高。 芯片功能越來越強，少數的幾個芯片就（jiù）可以（yǐ）實現強大的功能（néng）。
5 ）人機界麵信息的交（jiāo）互更加實（shí）時，通過各種信息的反饋及時提醒（xǐng）用戶在測量（liàng）過程中出現的異常情況以（yǐ）保證參（cān）量參數的可靠性。
2 基於 μC／OS－III 在人機界（jiè）麵（miàn）的應用
2．1 嵌入式實時操作（zuò）係統（tǒng）
嵌入式係統（tǒng），就是為了實現特定（dìng）的功能，將（jiāng）硬件和軟件連結起來的計（jì）算機係統。 然而，隨著科（kē）技的不斷（duàn）發展，單純的前、後台程序開發機製已經不再能滿足越來（lái）越複雜化和多樣化的嵌入式應用需求，因（yīn）而現在（zài）常常采用嵌入式實（shí）時操作係統（ RTOS ， RealTime Operating System ）進（jìn）行（háng）實時多任務程序的開發。 μC／OS－III 是基於 μC－OS 發展起來（lái）的， 它是美國嵌（qiàn）入式係（xì）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，搶占式的實時（shí）內核，它管（guǎn）理的任務個數不受限製。 它是*三代內核，提供了現代實時內核所期望的所有（yǒu）功能包括（kuò）資源管理、同步、內部任務交流等。 μC／OS－III 也（yě）提（tí）供了很多特性是在其他實時內核中所沒（méi）有的。 比如（rú）能在運行時（shí）測量運行性能，直接得（dé）發送信號或消息給任務，任務能同時等（děng）待多個信號量和消息（xī）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，都被賦予了一定的（de）優先級， 當讓也可以（yǐ）多個任務共一個優先（xiān）級， 且有獨自的一套CPU 寄存器（qì）和棧空（kōng）間。
μC／OS－III 中的每一個任務都是無限（xiàn）循（xún）環的 。 每個任務會有五種狀態，並且處於五種狀態之一。 這五種（zhǒng）狀態分別是：睡眠態、就緒態、運行態、等待（dài）態以及（jí）中斷服（fú）務態。 睡眠態是指任務隻是以代碼的形式存（cún）在於（yú）程序空間， 並未交給操作係統進行管理； 就緒態是指係（xì）統（tǒng）為任務配備了任務控製塊且在任務就緒表中進行（háng）了就緒登記，使任務（wù）具備了運行的（de）充分條件；運行態是指（zhǐ）處（chù）於就緒態的任務如果經調度器判斷獲得了 CPU 的（de）使用權時的狀態；等待態則是正在（zài）運行的任務，需要等待（dài）一段時間或需要等待一個事件發（fā）生再運行； 中斷服（fú）務狀態是指一個正在運（yùn）行的任務一旦響應中（zhōng）斷申請（qǐng）就會中止運行而去執行中斷服務程序。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
人（rén）機界（jiè）麵（ Human Machine Interaction ，簡稱 HMI ），又稱用戶界麵或使用者（zhě）界麵，是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對（duì）話接口，是計算機係統的重要組成部（bù）分。 在智（zhì）能流量儀表的應用中，界麵不僅顯示測量的流量數據和各種報警信息，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。
下麵以電磁流量計為（wéi）例（lì）說明基於 μC／OS－III 的人機界麵設計。 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（yīng）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（chù）理任務， 4～20mA輸出任（rèn）務， Hart 通訊任（rèn）務（wù）以及用戶交互任務。 先對不同的任務進行優先級的（de）劃分，如表 1 所示。
在多任務操作係統中，任務之間常（cháng）常需要通過傳遞一個數據的方式來進行通訊。 為了（le）適應不同數據的需要（yào），可以在內存中創建一個存（cún）儲空間作（zuò）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（zài）任務間傳遞數據的一個*簡單的方法就是傳遞消息（xī）緩衝區的指針。 因此（cǐ），這種用來傳遞消息緩（huǎn）衝區（qū）指（zhǐ）針的數據結構就稱為消息郵箱（xiāng）。相（xiàng）對於 μC／OS－II ， μC／OS－III 有內在性能（néng）測試，它（tā）允許用戶測得係統的*長關中斷時間，也就是提供了一些工具可以測量每個任務（wù）關中斷的時間；用戶在測得（dé）每個（gè）任務的*長禁止（zhǐ）調度時間基礎上，可以測得係（xì）統禁止任務調度的*長時間，也是說做了個測（cè）量；每次發出的信息都帶有時間戳，用戶也容（róng）易（yì）得到任務級的響應時間。 這樣便於優化（huà）各（gè）個任務之間的通（tōng）信，在保證測量數據準確的前提下提高響應的時間。
3 結束語
本文基於現代智能（néng）流量儀表的特點提出（chū）了基於（yú） μC／OS－III的智能流（liú）量儀表人機界麵設計（jì）， 將 μC／OS－III 移（yí）植到 Cortex－M3 處理器之（zhī）後能有（yǒu）效地優化程序，實現人（rén）機界麵更加實時便捷的交互， 不僅能（néng）保證測量的可靠性還能實（shí）時對測量數據進行傳輸避免了多任務之間的衝突。
衛生級（jí）純水（shuǐ）流量計（jì）在測量管道流體脈動流時的特性規律 純水流量計投入（rù）使用時的注意事項及常見故障排（pái）除 影響純水流量（liàng）計使用（yòng）測量精度的因素有哪些 測量純水流量計在（zài）現場使用中常見的問題及解決辦法（fǎ） 純水（shuǐ）流量計在選用安裝過程中的注意事項及故障處理 純水流量（liàng）計傳感器（qì）檢測原理及權函數仿真與分析 超純水流量（liàng）計的概述與（yǔ）在人機界麵的應用（yòng） 測量純水用什麽流量計 帶遠傳純水流量計,純水水流量計（jì） 工業純水流量計,純水流量計價格 衛生級純水流量計,機械純水流量計（jì） 超純水流量計,測量純水流（liú）量計 測量（liàng）純水用什麽（me）流量計,超純水流量計 純水流量計的組成（chéng）結（jié）構與工作原（yuán）理（lǐ） 純水流（liú）量計如何正確選型 純水流量計表（biǎo）頭上麵的數字怎麽看（kàn） 純水流量表如何正確接線圖解
在工業生產中（zhōng），經常需（xū）要對生產過程中各種流動介質（如液體（tǐ）、氣體和蒸汽、固體粉末）的流量（liàng）進行檢測，以便有效地控製生產過程和了解更多有關生產的（de）參（cān）數。 隨著智能流量儀表的不斷（duàn）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（guān）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（huà）了人機界麵的交互。
1 智能流（liú）量儀表概述
超純水流量計是一類新（xīn）型（xíng）的、 內部裝有微處理（lǐ）器或單片機的（de）微機化電子（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（shàng）已經發生了本質的變（biàn）化。 回顧電子（zǐ）儀器的發展曆程，從儀（yí）器的工作原理來看， 是從（cóng）模擬式電子儀器（qì）階段發展到（dào）數字式電子儀器階段，再（zài）發展到智能型（xíng）儀器階段。 智能流量儀（yí）表具有以下特點：
1 ）自動化程度高（gāo）。 智能流量儀（yí）表（biǎo）采用了（le）微控製器為控製核心，具備良好的可編程能（néng）力，可以輕（qīng）鬆完成數據自動采集、過程自動控製（zhì）、故障自動診斷、數據自（zì）動處理等功能。 這不僅提高（gāo）了工作效率，節省了勞動（dòng）力，而且使自動化程度得到了提高。
2 ）接口豐富。 超（chāo）純水流量計往往都具備強大的係統功能接口，且接口（kǒu）種類多、數量多、功能強。 如模擬量輸入和輸出、開關量輸入（rù）和輸出、人機接口和通訊接口等。
3 ）具備通訊能力。超純水流量計幾乎都具備通（tōng）訊接口，如（rú） RS－232C 接口、 RS485 接口、 USB 接口和以太網接口等， 使得儀（yí）表本身能與外界有良好的信息交互。
4 ）多功能化、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（xīn）片、外圍電（diàn）路芯片等器件集成度逐（zhú）漸提（tí）高。 芯片功能越來越強，少數的幾個芯片就（jiù）可以（yǐ）實現強大的功能（néng）。
5 ）人機界麵信息的交（jiāo）互更加實（shí）時，通過各種信息的反饋及時提醒（xǐng）用戶在測量（liàng）過程中出現的異常情況以（yǐ）保證參（cān）量參數的可靠性。
2 基於 μC／OS－III 在人機界（jiè）麵（miàn）的應用
2．1 嵌入式實時操作（zuò）係統（tǒng）
嵌入式係統（tǒng），就是為了實現特定（dìng）的功能，將（jiāng）硬件和軟件連結起來的計（jì）算機係統。 然而，隨著科（kē）技的不斷（duàn）發展，單純的前、後台程序開發機製已經不再能滿足越來（lái）越複雜化和多樣化的嵌入式應用需求，因（yīn）而現在（zài）常常采用嵌入式實（shí）時操作係統（ RTOS ， RealTime Operating System ）進（jìn）行（háng）實時多任務程序的開發。 μC／OS－III 是基於 μC－OS 發展起來（lái）的， 它是美國嵌（qiàn）入式係（xì）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，搶占式的實時（shí）內核，它管（guǎn）理的任務個數不受限製。 它是*三代內核，提供了現代實時內核所期望的所有（yǒu）功能包括（kuò）資源管理、同步、內部任務交流等。 μC／OS－III 也（yě）提（tí）供了很多特性是在其他實時內核中所沒（méi）有的。 比如（rú）能在運行時（shí）測量運行性能，直接得（dé）發送信號或消息給任務，任務能同時等（děng）待多個信號量和消息（xī）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，都被賦予了一定的（de）優先級， 當讓也可以（yǐ）多個任務共一個優先（xiān）級， 且有獨自的一套CPU 寄存器（qì）和棧空（kōng）間。
μC／OS－III 中的每一個任務都是無限（xiàn）循（xún）環的 。 每個任務會有五種狀態，並且處於五種狀態之一。 這五種（zhǒng）狀態分別是：睡眠態、就緒態、運行態、等待（dài）態以及（jí）中斷服（fú）務態。 睡眠態是指任務隻是以代碼的形式存（cún）在於（yú）程序空間， 並未交給操作係統進行管理； 就緒態是指係（xì）統（tǒng）為任務配備了任務控製塊且在任務就緒表中進行（háng）了就緒登記，使任務（wù）具備了運行的（de）充分條件；運行態是指（zhǐ）處（chù）於就緒態的任務如果經調度器判斷獲得了 CPU 的（de）使用權時的狀態；等待態則是正在（zài）運行的任務，需要等待（dài）一段時間或需要等待一個事件發（fā）生再運行； 中斷服（fú）務狀態是指一個正在運（yùn）行的任務一旦響應中（zhōng）斷申請（qǐng）就會中止運行而去執行中斷服務程序。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
人（rén）機界（jiè）麵（ Human Machine Interaction ，簡稱 HMI ），又稱用戶界麵或使用者（zhě）界麵，是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對（duì）話接口，是計算機係統的重要組成部（bù）分。 在智（zhì）能流量儀表的應用中，界麵不僅顯示測量的流量數據和各種報警信息，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。
下麵以電磁流量計為（wéi）例（lì）說明基於 μC／OS－III 的人機界麵設計。 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（yīng）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（chù）理任務， 4～20mA輸出任（rèn）務， Hart 通訊任（rèn）務（wù）以及用戶交互任務。 先對不同的任務進行優先級的（de）劃分，如表 1 所示。
在多任務操作係統中，任務之間常（cháng）常需要通過傳遞一個數據的方式來進行通訊。 為了（le）適應不同數據的需要（yào），可以在內存中創建一個存（cún）儲空間作（zuò）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（zài）任務間傳遞數據的一個*簡單的方法就是傳遞消息（xī）緩衝區的指針。 因此（cǐ），這種用來傳遞消息緩（huǎn）衝區（qū）指（zhǐ）針的數據結構就稱為消息郵箱（xiāng）。相（xiàng）對於 μC／OS－II ， μC／OS－III 有內在性能（néng）測試，它（tā）允許用戶測得係統的*長關中斷時間，也就是提供了一些工具可以測量每個任務（wù）關中斷的時間；用戶在測得（dé）每個（gè）任務的*長禁止（zhǐ）調度時間基礎上，可以測得係（xì）統禁止任務調度的*長時間，也是說做了個測（cè）量；每次發出的信息都帶有時間戳，用戶也容（róng）易（yì）得到任務級的響應時間。 這樣便於優化（huà）各（gè）個任務之間的通（tōng）信，在保證測量數據準確的前提下提高響應的時間。
3 結束語
本文基於現代智能（néng）流量儀表的特點提出（chū）了基於（yú） μC／OS－III的智能流（liú）量儀表人機界麵設計（jì）， 將 μC／OS－III 移（yí）植到 Cortex－M3 處理器之（zhī）後能有（yǒu）效地優化程序，實現人（rén）機界麵更加實時便捷的交互， 不僅能（néng）保證測量的可靠性還能實（shí）時對測量數據進行傳輸避免了多任務之間的衝突。
上一篇：淺析煤層注水流量計在冶煉餘熱鍋爐自（zì）動化控製中的應用
下一篇：測水流量（liàng）計的測（cè）量原理及實踐當中遇到的難題（tí）與優化