相關(guān)產(chǎn)品推薦更多 >>
液體管道流量計(jì)的概述與在人機(jī)界面的應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù):1797 發(fā)布時(shí)間:2021-01-02 05:48:05
摘要:*先著手于智能流量?jī)x表的發(fā)展,介紹其發(fā)展的特點(diǎn),隨著智能流量?jī)x表功能的多樣化,單純的前、后臺(tái)程序開(kāi)發(fā)機(jī)制已經(jīng)不能滿足越來(lái)越復(fù)雜化、多樣化的嵌入式應(yīng)用需求,傳統(tǒng)的人機(jī)界面也已不適宜用戶更加方便快捷的使用,因此應(yīng)該選擇合適的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng), 針對(duì)不同操作系統(tǒng)的特性*后提出了基于 μC/OS-III 的智能流量?jī)x表的人機(jī)界面設(shè)計(jì)的方法,并且就 μC/OS-III 在液體管道流量計(jì)人機(jī)界面的應(yīng)用中進(jìn)行舉例說(shuō)明。
在工業(yè)生產(chǎn)中,經(jīng)常需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種流動(dòng)介質(zhì)(如液體、氣體和蒸汽、固體粉末)的流量進(jìn)行檢測(cè),以便有效地控制生產(chǎn)過(guò)程和了解更多有關(guān)生產(chǎn)的參數(shù)。 隨著智能流量?jī)x表的不斷普及, 不斷優(yōu)化人機(jī)界面的設(shè)計(jì)也成為各個(gè)智能儀表生產(chǎn)廠家關(guān)注的發(fā)展方向。 為了提高智能流量?jī)x表測(cè)量、處理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和人機(jī)交互的可靠性, 本文提出了基于實(shí)施嵌入式操作系統(tǒng) μC/OS-III 的設(shè)計(jì)方法,優(yōu)化了人機(jī)界面的交互。
1 智能流量?jī)x表概述
液體管道流量計(jì)是一類新型的、 內(nèi)部裝有微處理器或單片機(jī)的微機(jī)化電子儀器,它是由傳統(tǒng)的電子儀器發(fā)展而來(lái)的,但在結(jié)構(gòu)和內(nèi)涵上已經(jīng)發(fā)生了本質(zhì)的變化。 回顧電子儀器的發(fā)展歷程,從儀器的工作原理來(lái)看, 是從模擬式電子儀器階段發(fā)展到數(shù)字式電子儀器階段,再發(fā)展到智能型儀器階段。 智能流量?jī)x表具有以下特點(diǎn):
1 )自動(dòng)化程度高。 智能流量?jī)x表采用了微控制器為控制核心,具備良好的可編程能力,可以輕松完成數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、過(guò)程自動(dòng)控制、故障自動(dòng)診斷、數(shù)據(jù)自動(dòng)處理等功能。 這不僅提高了工作效率,節(jié)省了勞動(dòng)力,而且使自動(dòng)化程度得到了提高。
2 )接口豐富。 液體管道流量計(jì)往往都具備強(qiáng)大的系統(tǒng)功能接口,且接口種類多、數(shù)量多、功能強(qiáng)。 如模擬量輸入和輸出、開(kāi)關(guān)量輸入和輸出、人機(jī)接口和通訊接口等。
3 )具備通訊能力。液體管道流量計(jì)幾乎都具備通訊接口,如 RS-232C 接口、 RS485 接口、 USB 接口和以太網(wǎng)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。隨著科技的飛速發(fā)展使得微控制器芯片、外圍電路芯片等器件集成度逐漸提高。 芯片功能越來(lái)越強(qiáng),少數(shù)的幾個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。
5 )人機(jī)界面信息的交互更加實(shí)時(shí),通過(guò)各種信息的反饋及時(shí)提醒用戶在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況以保證參量參數(shù)的可靠性。
2 基于 μC/OS-III 在人機(jī)界面的應(yīng)用
2.1 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng),就是為了實(shí)現(xiàn)特定的功能,將硬件和軟件連結(jié)起來(lái)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 然而,隨著科技的不斷發(fā)展,單純的前、后臺(tái)程序開(kāi)發(fā)機(jī)制已經(jīng)不再能滿足越來(lái)越復(fù)雜化和多樣化的嵌入式應(yīng)用需求,因而現(xiàn)在常常采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)( RTOS , RealTime Operating System )進(jìn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)程序的開(kāi)發(fā)。 μC/OS-III 是基于 μC-OS 發(fā)展起來(lái)的, 它是美國(guó)嵌入式系統(tǒng)專家 Jean J Labrosse 用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的一個(gè)搶占式的多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核,其*大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)小巧。 μC/OS-III 是一個(gè)可擴(kuò)展的,可固化的,搶占式的實(shí)時(shí)內(nèi)核,它管理的任務(wù)個(gè)數(shù)不受限制。 它是*三代內(nèi)核,提供了現(xiàn)代實(shí)時(shí)內(nèi)核所期望的所有功能包括資源管理、同步、內(nèi)部任務(wù)交流等。 μC/OS-III 也提供了很多特性是在其他實(shí)時(shí)內(nèi)核中所沒(méi)有的。 比如能在運(yùn)行時(shí)測(cè)量運(yùn)行性能,直接得發(fā)送信號(hào)或消息給任務(wù),任務(wù)能同時(shí)等待多個(gè)信號(hào)量和消息隊(duì)列。 如圖 1 所示實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)通常包含多個(gè)任務(wù),每個(gè)任務(wù)都是整體應(yīng)用的一部分,都被賦予了一定的優(yōu)先級(jí), 當(dāng)讓也可以多個(gè)任務(wù)共一個(gè)優(yōu)先級(jí), 且有獨(dú)自的一套CPU 寄存器和??臻g。
μC/OS-III 中的每一個(gè)任務(wù)都是無(wú)限循環(huán)的 。 每個(gè)任務(wù)會(huì)有五種狀態(tài),并且處于五種狀態(tài)之一。 這五種狀態(tài)分別是:睡眠態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、等待態(tài)以及中斷服務(wù)態(tài)。 睡眠態(tài)是指任務(wù)只是以代碼的形式存在于程序空間, 并未交給操作系統(tǒng)進(jìn)行管理; 就緒態(tài)是指系統(tǒng)為任務(wù)配備了任務(wù)控制塊且在任務(wù)就緒表中進(jìn)行了就緒登記,使任務(wù)具備了運(yùn)行的充分條件;運(yùn)行態(tài)是指處于就緒態(tài)的任務(wù)如果經(jīng)調(diào)度器判斷獲得了 CPU 的使用權(quán)時(shí)的狀態(tài);等待態(tài)則是正在運(yùn)行的任務(wù),需要等待一段時(shí)間或需要等待一個(gè)事件發(fā)生再運(yùn)行; 中斷服務(wù)狀態(tài)是指一個(gè)正在運(yùn)行的任務(wù)一旦響應(yīng)中斷申請(qǐng)就會(huì)中止運(yùn)行而去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這五種狀態(tài)在系統(tǒng)管理下的轉(zhuǎn)換關(guān)系由圖 2 所示。
2.2 人機(jī)界面應(yīng)用實(shí)例
人機(jī)界面( Human Machine Interaction ,簡(jiǎn)稱 HMI ),又稱用戶界面或使用者界面,是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口,是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。 在智能流量?jī)x表的應(yīng)用中,界面不僅顯示測(cè)量的流量數(shù)據(jù)和各種報(bào)警信息,還能通過(guò)界面參數(shù)的設(shè)定改變測(cè)量有關(guān)的參數(shù)。 它主要包括鍵盤(pán)和LCD 顯示。
下面以電磁流量計(jì)為例說(shuō)明基于 μC/OS-III 的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。 先將 μC/OS-III 移植到 Cortex-M3 處理器上,這里選用的是 STM32F103VET6 。電磁流量計(jì)的應(yīng)用程序若按照上節(jié)的任務(wù)種類劃分有: 數(shù)據(jù)采集任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù), 4~20mA輸出任務(wù), Hart 通訊任務(wù)以及用戶交互任務(wù)。 先對(duì)不同的任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的劃分,如表 1 所示。
在多任務(wù)操作系統(tǒng)中,任務(wù)之間常常需要通過(guò)傳遞一個(gè)數(shù)據(jù)的方式來(lái)進(jìn)行通訊。 為了適應(yīng)不同數(shù)據(jù)的需要,可以在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)存儲(chǔ)空間作為該數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。如果把這個(gè)緩沖區(qū)叫做消息緩沖區(qū),那么在任務(wù)間傳遞數(shù)據(jù)的一個(gè)*簡(jiǎn)單的方法就是傳遞消息緩沖區(qū)的指針。 因此,這種用來(lái)傳遞消息緩沖區(qū)指針的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就稱為消息郵箱。相對(duì)于 μC/OS-II , μC/OS-III 有內(nèi)在性能測(cè)試,它允許用戶測(cè)得系統(tǒng)的*長(zhǎng)關(guān)中斷時(shí)間,也就是提供了一些工具可以測(cè)量每個(gè)任務(wù)關(guān)中斷的時(shí)間;用戶在測(cè)得每個(gè)任務(wù)的*長(zhǎng)禁止調(diào)度時(shí)間基礎(chǔ)上,可以測(cè)得系統(tǒng)禁止任務(wù)調(diào)度的*長(zhǎng)時(shí)間,也是說(shuō)做了個(gè)測(cè)量;每次發(fā)出的信息都帶有時(shí)間戳,用戶也容易得到任務(wù)級(jí)的響應(yīng)時(shí)間。 這樣便于優(yōu)化各個(gè)任務(wù)之間的通信,在保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提下提高響應(yīng)的時(shí)間。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文基于現(xiàn)代智能流量?jī)x表的特點(diǎn)提出了基于 μC/OS-III的智能流量?jī)x表人機(jī)界面設(shè)計(jì), 將 μC/OS-III 移植到 Cortex-M3 處理器之后能有效地優(yōu)化程序,實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面更加實(shí)時(shí)便捷的交互, 不僅能保證測(cè)量的可靠性還能實(shí)時(shí)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸避免了多任務(wù)之間的沖突。
液體管道流量計(jì)的型號(hào)規(guī)格
液體管道流量計(jì)分類與用途
液體管道流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)確
管道式液體流量計(jì)在線校準(zhǔn)方法
液體管道流量計(jì)接線圖
液體管道流量計(jì)的原理
液體管道流量計(jì)安裝規(guī)范
液體管道流量計(jì)在工業(yè)管道測(cè)量中選型安裝與調(diào)試
液體管道流量計(jì)在航空工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的關(guān)鍵作用
使用液體管道流量計(jì)實(shí)現(xiàn)流體自動(dòng)混合解決方案
在石油化工中液體管道流量計(jì)的應(yīng)用與過(guò)程控制
液體管道流量計(jì)的概述與在人機(jī)界面的應(yīng)用
在工業(yè)生產(chǎn)中,經(jīng)常需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種流動(dòng)介質(zhì)(如液體、氣體和蒸汽、固體粉末)的流量進(jìn)行檢測(cè),以便有效地控制生產(chǎn)過(guò)程和了解更多有關(guān)生產(chǎn)的參數(shù)。 隨著智能流量?jī)x表的不斷普及, 不斷優(yōu)化人機(jī)界面的設(shè)計(jì)也成為各個(gè)智能儀表生產(chǎn)廠家關(guān)注的發(fā)展方向。 為了提高智能流量?jī)x表測(cè)量、處理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和人機(jī)交互的可靠性, 本文提出了基于實(shí)施嵌入式操作系統(tǒng) μC/OS-III 的設(shè)計(jì)方法,優(yōu)化了人機(jī)界面的交互。
1 智能流量?jī)x表概述
液體管道流量計(jì)是一類新型的、 內(nèi)部裝有微處理器或單片機(jī)的微機(jī)化電子儀器,它是由傳統(tǒng)的電子儀器發(fā)展而來(lái)的,但在結(jié)構(gòu)和內(nèi)涵上已經(jīng)發(fā)生了本質(zhì)的變化。 回顧電子儀器的發(fā)展歷程,從儀器的工作原理來(lái)看, 是從模擬式電子儀器階段發(fā)展到數(shù)字式電子儀器階段,再發(fā)展到智能型儀器階段。 智能流量?jī)x表具有以下特點(diǎn):
1 )自動(dòng)化程度高。 智能流量?jī)x表采用了微控制器為控制核心,具備良好的可編程能力,可以輕松完成數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、過(guò)程自動(dòng)控制、故障自動(dòng)診斷、數(shù)據(jù)自動(dòng)處理等功能。 這不僅提高了工作效率,節(jié)省了勞動(dòng)力,而且使自動(dòng)化程度得到了提高。
2 )接口豐富。 液體管道流量計(jì)往往都具備強(qiáng)大的系統(tǒng)功能接口,且接口種類多、數(shù)量多、功能強(qiáng)。 如模擬量輸入和輸出、開(kāi)關(guān)量輸入和輸出、人機(jī)接口和通訊接口等。
3 )具備通訊能力。液體管道流量計(jì)幾乎都具備通訊接口,如 RS-232C 接口、 RS485 接口、 USB 接口和以太網(wǎng)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。隨著科技的飛速發(fā)展使得微控制器芯片、外圍電路芯片等器件集成度逐漸提高。 芯片功能越來(lái)越強(qiáng),少數(shù)的幾個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。
5 )人機(jī)界面信息的交互更加實(shí)時(shí),通過(guò)各種信息的反饋及時(shí)提醒用戶在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況以保證參量參數(shù)的可靠性。
2 基于 μC/OS-III 在人機(jī)界面的應(yīng)用
2.1 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng),就是為了實(shí)現(xiàn)特定的功能,將硬件和軟件連結(jié)起來(lái)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 然而,隨著科技的不斷發(fā)展,單純的前、后臺(tái)程序開(kāi)發(fā)機(jī)制已經(jīng)不再能滿足越來(lái)越復(fù)雜化和多樣化的嵌入式應(yīng)用需求,因而現(xiàn)在常常采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)( RTOS , RealTime Operating System )進(jìn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)程序的開(kāi)發(fā)。 μC/OS-III 是基于 μC-OS 發(fā)展起來(lái)的, 它是美國(guó)嵌入式系統(tǒng)專家 Jean J Labrosse 用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的一個(gè)搶占式的多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核,其*大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)小巧。 μC/OS-III 是一個(gè)可擴(kuò)展的,可固化的,搶占式的實(shí)時(shí)內(nèi)核,它管理的任務(wù)個(gè)數(shù)不受限制。 它是*三代內(nèi)核,提供了現(xiàn)代實(shí)時(shí)內(nèi)核所期望的所有功能包括資源管理、同步、內(nèi)部任務(wù)交流等。 μC/OS-III 也提供了很多特性是在其他實(shí)時(shí)內(nèi)核中所沒(méi)有的。 比如能在運(yùn)行時(shí)測(cè)量運(yùn)行性能,直接得發(fā)送信號(hào)或消息給任務(wù),任務(wù)能同時(shí)等待多個(gè)信號(hào)量和消息隊(duì)列。 如圖 1 所示實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)通常包含多個(gè)任務(wù),每個(gè)任務(wù)都是整體應(yīng)用的一部分,都被賦予了一定的優(yōu)先級(jí), 當(dāng)讓也可以多個(gè)任務(wù)共一個(gè)優(yōu)先級(jí), 且有獨(dú)自的一套CPU 寄存器和??臻g。
μC/OS-III 中的每一個(gè)任務(wù)都是無(wú)限循環(huán)的 。 每個(gè)任務(wù)會(huì)有五種狀態(tài),并且處于五種狀態(tài)之一。 這五種狀態(tài)分別是:睡眠態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、等待態(tài)以及中斷服務(wù)態(tài)。 睡眠態(tài)是指任務(wù)只是以代碼的形式存在于程序空間, 并未交給操作系統(tǒng)進(jìn)行管理; 就緒態(tài)是指系統(tǒng)為任務(wù)配備了任務(wù)控制塊且在任務(wù)就緒表中進(jìn)行了就緒登記,使任務(wù)具備了運(yùn)行的充分條件;運(yùn)行態(tài)是指處于就緒態(tài)的任務(wù)如果經(jīng)調(diào)度器判斷獲得了 CPU 的使用權(quán)時(shí)的狀態(tài);等待態(tài)則是正在運(yùn)行的任務(wù),需要等待一段時(shí)間或需要等待一個(gè)事件發(fā)生再運(yùn)行; 中斷服務(wù)狀態(tài)是指一個(gè)正在運(yùn)行的任務(wù)一旦響應(yīng)中斷申請(qǐng)就會(huì)中止運(yùn)行而去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這五種狀態(tài)在系統(tǒng)管理下的轉(zhuǎn)換關(guān)系由圖 2 所示。
2.2 人機(jī)界面應(yīng)用實(shí)例
人機(jī)界面( Human Machine Interaction ,簡(jiǎn)稱 HMI ),又稱用戶界面或使用者界面,是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口,是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。 在智能流量?jī)x表的應(yīng)用中,界面不僅顯示測(cè)量的流量數(shù)據(jù)和各種報(bào)警信息,還能通過(guò)界面參數(shù)的設(shè)定改變測(cè)量有關(guān)的參數(shù)。 它主要包括鍵盤(pán)和LCD 顯示。
下面以電磁流量計(jì)為例說(shuō)明基于 μC/OS-III 的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。 先將 μC/OS-III 移植到 Cortex-M3 處理器上,這里選用的是 STM32F103VET6 。電磁流量計(jì)的應(yīng)用程序若按照上節(jié)的任務(wù)種類劃分有: 數(shù)據(jù)采集任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù), 4~20mA輸出任務(wù), Hart 通訊任務(wù)以及用戶交互任務(wù)。 先對(duì)不同的任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的劃分,如表 1 所示。
在多任務(wù)操作系統(tǒng)中,任務(wù)之間常常需要通過(guò)傳遞一個(gè)數(shù)據(jù)的方式來(lái)進(jìn)行通訊。 為了適應(yīng)不同數(shù)據(jù)的需要,可以在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)存儲(chǔ)空間作為該數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。如果把這個(gè)緩沖區(qū)叫做消息緩沖區(qū),那么在任務(wù)間傳遞數(shù)據(jù)的一個(gè)*簡(jiǎn)單的方法就是傳遞消息緩沖區(qū)的指針。 因此,這種用來(lái)傳遞消息緩沖區(qū)指針的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就稱為消息郵箱。相對(duì)于 μC/OS-II , μC/OS-III 有內(nèi)在性能測(cè)試,它允許用戶測(cè)得系統(tǒng)的*長(zhǎng)關(guān)中斷時(shí)間,也就是提供了一些工具可以測(cè)量每個(gè)任務(wù)關(guān)中斷的時(shí)間;用戶在測(cè)得每個(gè)任務(wù)的*長(zhǎng)禁止調(diào)度時(shí)間基礎(chǔ)上,可以測(cè)得系統(tǒng)禁止任務(wù)調(diào)度的*長(zhǎng)時(shí)間,也是說(shuō)做了個(gè)測(cè)量;每次發(fā)出的信息都帶有時(shí)間戳,用戶也容易得到任務(wù)級(jí)的響應(yīng)時(shí)間。 這樣便于優(yōu)化各個(gè)任務(wù)之間的通信,在保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提下提高響應(yīng)的時(shí)間。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文基于現(xiàn)代智能流量?jī)x表的特點(diǎn)提出了基于 μC/OS-III的智能流量?jī)x表人機(jī)界面設(shè)計(jì), 將 μC/OS-III 移植到 Cortex-M3 處理器之后能有效地優(yōu)化程序,實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面更加實(shí)時(shí)便捷的交互, 不僅能保證測(cè)量的可靠性還能實(shí)時(shí)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸避免了多任務(wù)之間的沖突。
上一篇:淺析液堿流量計(jì)在有色鉛鋅冶煉余熱鍋爐自動(dòng)化控制中的應(yīng)用
下一篇:運(yùn)用乙醇流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控注水井里面液位變化