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基于ARM处理器和Linux操作系统的电磁流量计设计方案

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基于ARM处理器和Linux操作系统的电磁流量计设计方案

摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26MHz，阻带抑制率大于35dB，带内波纹小于0．5dB，采用1．8V电源，TSMC0．18μmCMOS工艺库仿真，功耗小于21mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte

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。

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RS232或RS485，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

1.1ARM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,FLASHMEMORY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，PowerPC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OpenSource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。

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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。

通信接口模块：包括以太网接口、USB接口以及RS232接口，完成数据通讯和流量传输功能。

用户应用程序：特定于用户的应用程序。有时在用户应用程序和内核层之间可能还会包括一个嵌入式图形用户界面。

其中，引导加载程序是嵌入式系统软件开发的第一个环节，它是操作系统和硬件的枢纽，为操作系统内核的启动提供了必要的条件和参数;引导加载程序的工作是初始化内存以及必要的硬件设备，调用内核加载器。从FLASH中加载操作系统映