高級嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)在自動化儀器儀表中的應(yīng)用

高凌志 重慶橫河川儀有限公司

引言：當(dāng)今世界信息技術(shù)飛速發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)成為國家發(fā)展的重要核心技術(shù)。自動化儀器儀表是用以計算、觀察、測量、檢出各種物性參數(shù)、物質(zhì)成分的設(shè)備，是信息采集的重要工具。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用在現(xiàn)今各個領(lǐng)域均有涉及，也被廣泛的應(yīng)用于自動化儀器儀表中，并為其開拓了更高的進(jìn)步空間。

1.高級嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是為更好的控制、監(jiān)測、輔助設(shè)備運行而誕生的一種具有特定功能的計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的核心技術(shù)是由一個或幾個預(yù)先編設(shè)好的單片機(jī)或微型處理器組成，來執(zhí)行特定的少數(shù)任務(wù)。嵌入式系統(tǒng)有著很強(qiáng)的專用性，必須根據(jù)應(yīng)用需求來設(shè)定，對軟硬件進(jìn)行裁剪，以達(dá)到系統(tǒng)需要的功能；由于其軟硬件可裁剪的特性，在造價、體積上都可以根據(jù)應(yīng)用的需求而進(jìn)行改變。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，各個領(lǐng)域均有涉及，事實上，幾乎有帶有數(shù)據(jù)化接口的設(shè)備，如：手機(jī)、電腦、電視機(jī)、甚至于汽車，都有著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。

嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般可分為四個部分：處理器、儲存器、輸入輸出、軟件。其特點主要有：1）系統(tǒng)內(nèi)核小，幾k的內(nèi)核在嵌入式系統(tǒng)中是很常見的。2）專用性強(qiáng)。只要系統(tǒng)硬件有所變化，相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)一定要進(jìn)行修改。3）系統(tǒng)簡練，嵌入式系統(tǒng)有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的區(qū)分，在成本控制上有很大優(yōu)勢，也利于系統(tǒng)的維護(hù)與安全。

2.自動化儀器儀表

二十世紀(jì)八十年代初，人們將自動化技術(shù)與工業(yè)儀表通過一種控制裝置進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，然后通過電子設(shè)備進(jìn)行控制，這就是第一代自動化儀表。后來，隨著技術(shù)的不斷改革與創(chuàng)新，自動化儀表的體積越來越小，功能越來越完善，成本越來越低，在生產(chǎn)中可發(fā)揮的作用也越來越大，已經(jīng)成為了現(xiàn)代生產(chǎn)中不可或缺的重要工具和手段。

信息技術(shù)的發(fā)展更使得儀表進(jìn)行了一場突破式的變革，現(xiàn)在的自動化儀器儀表已經(jīng)出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化和智能化的特點。通過數(shù)據(jù)接口、集成電路、微處理器等現(xiàn)代科技網(wǎng)絡(luò)化手段，利用嵌入式軟件技術(shù)對其內(nèi)部進(jìn)行有效控制，從而使其智能化，具備自主處理能力。有效解決了由于各種電信號的不穩(wěn)定而不能及時發(fā)現(xiàn)工作中問題的弊端，某種意義上來講，初步實現(xiàn)了真正意義上的自動化。

3.自動化儀器儀表的核心——嵌入式系統(tǒng)

3.1 自動化儀表設(shè)計的突破

在對自動化儀表和嵌入式系統(tǒng)結(jié)合的不斷研究中，人們發(fā)現(xiàn)軟件和硬件的設(shè)計開發(fā)不應(yīng)該是分開的，而應(yīng)該是同時進(jìn)行，相互交流，在達(dá)到需求功能前，對軟硬件實現(xiàn)的功能進(jìn)行規(guī)劃，在開發(fā)硬件之前，必須對包括軟件和硬件在內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能進(jìn)行驗證，以確保系統(tǒng)的性能。這樣做相較于傳統(tǒng)先硬件，后軟件的優(yōu)勢在于：如果發(fā)現(xiàn)硬件上的缺陷或者是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的錯誤時，可以花較少的代價進(jìn)行糾正，不需要重頭再來，對能按時完成開發(fā)、節(jié)約開發(fā)成本起到了積極的作用，易滿足多變的市場需求。這就是新型的設(shè)計模式雛形——軟硬件協(xié)同設(shè)計[1]。軟硬件協(xié)同設(shè)計可分為軟硬件功能分配和系統(tǒng)映射兩個方面，軟硬件協(xié)同設(shè)計簡化了系統(tǒng)設(shè)計、降低了系統(tǒng)技術(shù)難度、提高了系統(tǒng)的可靠性。

3.2 自動化儀器儀表實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化

高級嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)使得自動化儀表與網(wǎng)絡(luò)連接，增加了傳感技術(shù)、故障檢測、計算處理工程等多種功能，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可對系統(tǒng)發(fā)生的故障進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、檢測與維修。

實現(xiàn)自動化儀表網(wǎng)絡(luò)化的想法并不是今天才有，只是過去限于運算速度、處理器、等的技術(shù)限制，無法達(dá)到。后來人們通過增加網(wǎng)關(guān)的方式來解決了一些問題，嵌入式設(shè)備將自身的參數(shù)反饋到網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)發(fā)送指令，來進(jìn)行控制。提高了嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化功能，且成本低廉。

嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，使得自動化儀器儀表成為像計算機(jī)一樣的獨立節(jié)點，基于web的遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)采集，用戶通過網(wǎng)絡(luò)搜尋到自己想要信息的功能得以實現(xiàn)。自動化儀表網(wǎng)絡(luò)釋放了系統(tǒng)的潛力，改變了過去測量技術(shù)的面貌，改變了在同一地點中斷了傳統(tǒng)的接收，分析和顯示的模型，依靠互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠遠(yuǎn)程有效地控制儀器。收集分析數(shù)據(jù)并隨時隨地查看。嵌人式系統(tǒng)是它的技術(shù)支撐,在此基礎(chǔ)上,儀器儀表行業(yè)不斷發(fā)展壯大,并形成了一定的特點和趨勢。

4.結(jié)束語

綜上所述，未來自動化工業(yè)儀表的發(fā)展離不開計算機(jī)信息技術(shù)的支持，只有把計算機(jī)數(shù)字化技術(shù)充分運用到自動化工業(yè)儀表中，才能使自動化工業(yè)儀表取得進(jìn)一步發(fā)展。如今，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用為自動化儀器的發(fā)展帶來了巨大的收益和市場。在實際應(yīng)用中，要不斷改進(jìn)和完善系統(tǒng)程序和軟件，為實現(xiàn)高效，便捷，功能多樣化的儀器儀表開發(fā)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

[1]韓冬,張宏建.基于嵌入式的智能化網(wǎng)絡(luò)化自動儀表[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2004,03:10-12+35.

[2]景浩,韓昱.嵌入式系統(tǒng)在自動化儀表中的應(yīng)用[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用,2006,12:9-11.