嵌入式测控系统的设计与应用

陈宇泽，宋绪勇

（北京航天试验技术研究所，北京100074）

嵌入式测控系统的设计与应用

陈宇泽，宋绪勇

（北京航天试验技术研究所，北京100074）

现代社会，信息技术发展迅速，各种信息技术都在不断发展，嵌入式测控系统的应用范围也越来越广泛，特别是在工业领域，嵌入式技术的应用是非常广泛的。嵌入式系统和上层通用计算机相结合而形成了测控系统，工业领域大力采用嵌入式技术，这对工业逐渐实现全自动化和智能化有很大的帮助。随着嵌入式技术的不断应用，对该技术的要求也越来越高。当前，各种技术都在不断创新，嵌入式测控系统所采用的芯片生产工艺也在不断创新，逐渐生产出性能更好的嵌入式微处理器。虽然生产技术在不断创新，技术水平在不断提高，但是还存在着问题，例如处理器能力达不到要求、采样点数量不够、时效性不好等问题，而影响测控系统时效性的最大因素就是软件系统。

嵌入式测控系统；硬件设计；软件设计；远程控制系统

人们的生活离不开信息技术，信息技术在各行各业都有运用，嵌入式技术在社会中的应用领域也比较广泛，例如在工业控制、数控机床、智能工具、工业机器人、服务机器人等各个行业都有运用，它正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式。嵌入式系统的主要作用就是对其他的设备进行监视和测量等，它的应用给工业测控带来了极大的便利。该系统具有时效性好、可靠性高及功能强大的特点，采用测控系统可以很好地避免实时性、可靠性、网络互动、远程监测及监控等方面的问题。嵌入式测控系统不论是技术方面，还是性能方面，都有很大的创新，使系统在以后的工业测控中得到更好的发展。随着信息技术的飞速发展和嵌入式技术的大力应用，对嵌入式测控系统的可靠性和运算速度等各个方面的要求也在逐步提高，这就极大地加快了嵌入式测控系统的发展。

1 嵌入式测控系统的意义

与传统的技术相比，嵌入式测控系统的各个方面都有很大的进步，采用的嵌入式技术对系统有很大的好处，主要体现在以下几方面：①嵌入式测控系统一般情况下所面对的对象都是特定的，任务处理也具有针对性，所以专用性是该系统的独特之处。②嵌入式测控系统的实时性比传统的测控系统要好很多，传统的测控系统在处理任务时不如新的测控系统同时处理的任务多。嵌入式测控系统虽然可以同时处理多项任务，但是内核体积并不是很大，而且比PC操作系统的内核还要小得多。③在设计嵌入式测控系统时，力争在同样的体积上实现功能更强大，设计更简便，遵循量体裁衣的原则，去掉多余的部分。④嵌入式测控系统在应用的过程中巧妙地与具体应用结合在一起，在功能升级时，也与具体的产品紧密结合在一起。系统的进步离不开产品的变化，嵌入式测控系统以这样的形式创新发展，使得在以后的使用过程中也会有很长的使用寿命。⑤嵌入式测控系统在存储方式上也有很大的优势。该系统中的软件一般都存储在存储器芯片或单片机中，而不是存储于磁盘等载体中，这样运行速度和系统的可靠性都有很大提高。⑥嵌入式测控系统的应用环境比较特殊，在应用的过程中应对电磁干扰具备一定的抗性，稳定性也应满足要求。

2 嵌入式测控系统的设计

嵌入式测控系统一般可以从2个方面进行设计，即硬件设计和软件设计。下面就这2个方面的设计进行简要分析。

2.1 嵌入式测控系统的硬件设计

嵌入式测控系统的硬件设计主要包括电路模块规划、电路板设计2个方面。

2．1．1 电路模块规划

用户模式，用于正常程序运行时的工作模式；系统模式，用于支持操作系统的特权任务等的模式；管理模式，为操作系统提供的一种保护模式；中止模式，用于虚拟内存和存储器的保护；未定义模式，支持软件仿真的硬件协处理器；中断模式，处理中断请求的模式；快速中断模式，快速中断请求处理的模式。

2．1．2 电路板设计

电路板上的电压设计采用5 V输入，经过可带载1.5 A低压差线稳压AS1117AR-3.3IC芯片稳压，提供板子所需要的3.3 V电源，具体的设计如图1所示。

图1 电路板设计图

2.2 嵌入式测控系统的软件设计

嵌入式测控系统的软件设计包括需求分析、总体设计、模块划分、软件编码、软件测试等几个方面。

2．2．1 需求分析

设计出的软件应该是要符合实际情况的，因此在设计之前就应该对嵌入式测控系统进行全面的了解，然后根据自己的观察设计出符合现实应用的软件。只有经过全面的考虑之后，才能设计出更好的软件。

2．2．2 总体设计

在设计之前,应该有一个好的规划，应该知道自己要干什么，有一个明确的思路，知道设计的顺序是什么。总体设计应该包括IIC总线设计、IIC驱动开发、IIC存储器件软件实现。

2．2．3 模块划分

设计初步完成后，就应该划分好模块，然后有针对性地对某一软件进行相应的改善，明确每一个模块的准确作用。

2．2．4 软件编码

软件设计出后对所有软件进行编号，这样如果软件出现问题，就能及时地发现问题出在哪一个软件，同时可以很好地区分嵌入式测控系统中的所有软件。

2．2．5 软件测试

软件测试是最后一步，同时也是很重要的一步，这一步骤是不容小觑的。不管是什么软件，在被设计出后都会有相应的测试，只有各个方面测试指标都达到要求，才能投入使用。在测试过程中，不管存在多小的问题都不能投入使用，所以软件测试这个过程一定要有。

3 嵌入式测控系统的应用

嵌入式测控系统在生活中的各个领域都有应用，比如在过程控制和仪器仪表中就有大量应用。可见，嵌入式测控系统已经越来越被人们所熟知。

3.1 在智能超声测试系统中的应用

智能超声测试系统的工作原理主要就是通过LATTCE1032来驱动发射换能器，超声波脉冲穿过受火灾后的混凝土后会被接收换能器接收，然后在相关的处理之后进行精确分析，并在第一个脉冲被接收之后向CPU申请中断读取时间，以此来对混凝土的各项指标进行测试，得到更加准确的数据，然后根据相应的数据进行分析。由以上分析可知，嵌入式系统的实时性系统对外来的事件在规定的时间内作出反应，这个过程具有一定的实际性。这一过程主要关注的重点就是系统的响应时间、使用寿命、吞吐量。该系统的稳定性非常可靠，使用比较方便，测量的数据也非常准确。

3.2 在远程控制系统中的应用

嵌入式测控系统一般情况下所面对的对象都是特定的，任务处理也具有针对性，所以专用性是嵌入式测控系统的独特之处。设计的初衷主要就是满足项目需求，设计出符合自己研发标准的系统。这一系统在应用过程中存在着不足，面对的对象比较有针对性，所具备的可移植性达不到要求，在测评方面也有要求，因此对系统运行的实时性和稳定性都应该作进一步验证。嵌入式测控系统使人们可以通过计算机网络随时随地查看现场设备的运行状态，还可以对相应的数据进行分析、检测、储存，同时也可以通过网络的形式把数据信息传输到工业测控仪器中。这就是嵌入式测控系统在远程监控系统中的应用。因为嵌入式测控系统应用广泛，已经有越来越多的人们开始加强对该系统的研究，例如河南省自动化工程技术研究中心开发了基于嵌入式结构的建筑涂装机器人智能测控系统。

4 结束语

随着信息技术的不断发展，嵌入式技术也在不断进步，这非常有利于提高系统设计水平。在以后的发展过程中，嵌入式测控系统不管是性能方面，还是技术方面，都会有很大的进步，该系统的应用在仪器和测试系统2个方面都有很好的发展，在技术方面也会有所创新，实现更好的发展目标。这就能很好地实现系统的智能化发展目标，提高系统的稳定性，降低对检测对象的影响，以此来满足现代信息技术的发展要求。

［1］李金涛.基于Web的嵌入式测控系统设计［D］.沈阳：东北大学，2014.

［2］姬晓阳.嵌入式测控系统的设计与实现［D］.郑州：郑州大学，2010.

［3］刘勇求.嵌入式测控系统及其应用［J］.中国西部科技，2009（29）：35-36，48.

〔编辑：刘晓芳〕

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