基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài)

1、基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 摘 要 原油含水率是石油化工行業(yè)石油采集，冶煉及運輸過程中一個重要的參數(shù)，原 油含水率測量是否準(zhǔn)確，對于確定原油的品質(zhì)和明確原油交易時雙方的利益有重要 的意義。近年來，隨著電子產(chǎn)品成本的降低和體積縮小以及功能的不斷更新，嵌入 式系統(tǒng)的開發(fā)以成為未來儀表開發(fā)的必然趨勢。它在很小的一塊芯片上集成了 PC 機的大部分甚至全部功能，這使得產(chǎn)品的研發(fā)周期得到了大大的縮短，系統(tǒng)的可靠 性得到提高，同時由于采用高集成化的芯片使得產(chǎn)品的體積大大縮小，從而有效的 降低了成本。本文簡單介紹了應(yīng)用短波吸收原理，基

2、于嵌入式系統(tǒng)DIMM-PC，通過 PC104采用模塊化設(shè)計，實現(xiàn)用嵌入式系統(tǒng)來完成原油含水分析儀的硬件設(shè)計，并 采用Real組態(tài)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和畫面組態(tài)。 關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)，DIMM-PC，PC104，畫面組態(tài) 1 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) Abstract Water content in crude oil is an important parameter of oil industry in the process of mining, smelting and transporting. So the precision of oils water co

3、ntent is of significance for confirming the oils quality and definite interest both sides of trade. Recently years, with the lowering of price and reducing of volume of the electronic product and the advancing of function having made the embedded system became the main developed system about the ins

4、trument system. It can be realized the most of or all the function of PC by a little chip. So the developed period of product has been shirked a lot. Meanwhile, the reliability has been advanced and the price has been down by using integrated chip which making the volume become smaller and smaller.

5、This text simple for introduction to use the short wave to absorb the principle, because of embedded systematic DIMM-PC, adopt through PC104 module design, is it is it finish crude oil moisture hardware design of analysis instrument to come, and it come true date exchange and picture configuration w

6、ith Real configuration soft. Keywords: embedded systematic, DIMM-PC, PC104, picture configuration 2 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 目 錄 引言.1 第一章 概述.2 1.1 研究本課題的意義及其發(fā)展趨勢.2 1.2 原油含水分析儀的現(xiàn)狀.3 1.3 原油含水率的測量方法選擇及比較.4 射線法.4 微波法.5 密度法.5 短波吸收法.6 第二章 硬件系統(tǒng).8 2.1 嵌入式系統(tǒng)概.8 2.2 嵌入式系統(tǒng)的歷史.9 2.3 DIMM-PC 簡介.9 2.4 PC104 簡介.1

7、2 第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計.14 3.1 REAL 組態(tài)軟件簡介.14 3.2 軟件系統(tǒng)功能簡介.14 3.3 組態(tài)畫面設(shè)計.15 主畫面.15 卸油口畫面. 16 卸油口報表畫面.19 綜合報表20 曲線設(shè)定23 3.4 數(shù)據(jù)庫組態(tài).24 點組態(tài)24 數(shù)據(jù)連接 .24 設(shè)備驅(qū)動 .25 3.5 變量.26 3 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 概述.26 變量定義步驟.26 變量類別.27 3.6 動畫連接和添加腳本.28 動畫連接.28 添加腳本.30 3.7 數(shù)據(jù)表管理.34 參考文獻.36 總結(jié)與致謝.37 附 錄38 4 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面

8、組態(tài) 引 言 伴隨著二十一世紀(jì)的曙光，人類迎來了一個充滿希望的新時代。而作為二十世 紀(jì)人類社會最偉大的發(fā)明之一，計算機也邁入了其另一個充滿機遇的階段后 PC時代。不知不覺中，形式多樣的數(shù)字化產(chǎn)品已經(jīng)開始繼PC機之后成為息處理的 一大主要工具，并且正在逐步形成一個充滿商機的巨大產(chǎn)業(yè)。 后PC時代的到來，使得人們開始越來越多地接觸到一個新的概念嵌入式 產(chǎn)品。像手機、PDA（如商務(wù)通等）均屬于手持的嵌入式產(chǎn)品VCD機、機頂盒等也 屬于嵌入式產(chǎn)品，而像車載GPS系統(tǒng)、數(shù)控機床、網(wǎng)絡(luò)冰箱等同樣都采用嵌入式系 統(tǒng)。形式多樣的數(shù)字化設(shè)備正努力把Internet連接到人們生活各個角落，也就是 說中國數(shù)字化設(shè)備

9、的潛在消費者數(shù)量將以億為單位。嵌入式軟件是數(shù)字化產(chǎn)品的核 心。如果說PC機的發(fā)展帶動了整個桌面軟件的發(fā)展，那么數(shù)字化產(chǎn)品的廣泛普及 必將為嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展提供無窮的推動力。 中國有世界上最大的家用電子產(chǎn)品消費市場，彩電、VCD等擁有量都居世界第 一；隨著消費結(jié)構(gòu)的改變，人們對家電的靈活性和可控性提出了更高的要求；這些 只能通過家電的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化來實現(xiàn)；隨著電話通信費用和通信類電子產(chǎn)品的價 格進一步下調(diào)，PDA結(jié)合數(shù)字手機將成為今后個人數(shù)據(jù)通信和事務(wù)處理的最佳選擇； 同時，對于現(xiàn)代化的醫(yī)療、測控儀器和機電產(chǎn)品也需要有專用的嵌入式系統(tǒng)軟件的 支持。這些需求都極大地刺激了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和

10、產(chǎn)業(yè)化的進程。 現(xiàn)在，嵌入式軟件已經(jīng)在很多應(yīng)用領(lǐng)域開花。它在很小的一塊芯片上集成了 PC機的大部分甚至全部功能，這使得產(chǎn)品的研發(fā)周期得到了大大的縮短，系統(tǒng)的 可靠性得到提高，同時由于采用高集成化的芯片使得產(chǎn)品的體積大大縮小，從而有 效的降低了成本。最重要的是，嵌入式系統(tǒng)充分利用各種的標(biāo)準(zhǔn)接口，使得產(chǎn)品的 通用性和二次開發(fā)得到了很大的提高，有很好的發(fā)展與應(yīng)用前景，是解決復(fù)雜控制 微型化的有利工具。另一方面，在總線技術(shù)快速發(fā)展的今天，開發(fā)具有總線接口的 設(shè)備已經(jīng)成為了一種趨勢，嵌入式系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用于自動化設(shè)備。 1 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 第一章 概 述 1.1 研究本

11、課題的意義及其發(fā)展趨勢 在 原 油 的生 產(chǎn) 過 程中,從油井中開采出來的原油并不是單一的純質(zhì)石油, 而是包含有水、氣和其它成份的多相流體，對于油田管理者來講,及時掌握每一口 油井的產(chǎn)液量及含水率變化是十分重要的。對于不同油田、油區(qū)和油井,以及在原 油輸送過程中的各個環(huán)節(jié),原油的含水和含氣都是不同的,而且也是隨時變化的。隨 著原油含水的不斷增高,對原油含水的測量變得非常重要。原油含水分析儀就是自 動在線測量原油含水的裝置, 用于油田聯(lián)合站、中轉(zhuǎn)站原油的分析計量，其原理是 利用介質(zhì)對某一短波的吸收而引起強度的變化，與介質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)和密度有關(guān) 外，還與組成介質(zhì)的成分和各種成分所占的比例有關(guān)。通

12、過測量短波穿過被測介質(zhì) 前后強度的變化獲取有關(guān)信息，經(jīng)過分析與計算，得到組成介質(zhì)的各種組分的含量。 原油含水分析儀是原油計量中一種重要的計量儀表,它能直接測出油水混合液 中的含水率,可有效地監(jiān)測原油脫水的質(zhì)量。原油含水分析系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成,一次 儀表和二次儀表。智能原油含水分析儀屬于二次智能儀表,對一次儀表檢測的現(xiàn)場 參數(shù)進行采集、處理,計算出原油的含水率、流量、液量、油量、水量以及溫度和 壓力等參數(shù)。 近年來，“嵌入式”一詞越來越多的被人們提及，嵌入式產(chǎn)品被應(yīng)用到各行各 業(yè)。與嵌入式相關(guān)的技術(shù)如嵌入式產(chǎn)品，嵌入式系統(tǒng)的研究等也被列為“十五”國 家發(fā)展的重點方向。 嵌入式系統(tǒng)（Embedded

13、 System）被定義為：以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為 基礎(chǔ)，軟硬件可剪裁，適應(yīng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計 算機系統(tǒng)。高可靠性，長壽名，體積小，高性能，多線程，多任務(wù)，強實時的特點 使嵌入式工業(yè)人機界面越來越受到自動化系統(tǒng)集成商，自動化設(shè)備制造商的青睞。 現(xiàn)在，嵌入式軟件已經(jīng)在很多應(yīng)用領(lǐng)域開花。它在很小的一塊芯片上集成了 PC機的大部分甚至全部功能，這使得產(chǎn)品的研發(fā)周期得到了大大的縮短，系統(tǒng)的 可靠性得到提高，同時由于采用高集成化的芯片使得產(chǎn)品的體積大大縮小，從而有 效的降低了成本。最重要的是，嵌入式系統(tǒng)充分利用各種的標(biāo)準(zhǔn)接口，使得產(chǎn)品的 通用性和二次開發(fā)得到了很大的提高

14、，有很好的發(fā)展與應(yīng)用前景，是解決復(fù)雜控制 2 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 微型化的有利工具。另一方面，在總線技術(shù)快速發(fā)展的今天，開發(fā)具有總線接口的 設(shè)備已經(jīng)成為了一種趨勢，嵌入式系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用于自動化設(shè)備。 基于嵌入式系統(tǒng)DIMM-PC的原油含水量分析儀，采用嵌入式系統(tǒng)DIMM-PC控制， 能自動地獲取、處理和計算來自測量現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，輸入和標(biāo)定測量參數(shù)，顯示和打 印測量結(jié)果，可精確測量原油含水率并計算油量、水量等。 1.2 原油含水分析儀的現(xiàn)狀 國內(nèi)原油含水計量方面的在線儀表大都功能單一，現(xiàn)場適用范圍窄，適應(yīng)能力 差，其儀表準(zhǔn)確度會受到現(xiàn)場諸多因素的影響，而油田進入中、

15、高含水期采油階段 對原油含水計量的要求也越來越高。根據(jù)以上情況，結(jié)合油田有關(guān)部門多年來積累 下來的短波吸收原油含水計量方面的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)以下幾個方面的問題： 1 流速的變化影響含水的計量 采用短波吸收原理測定原油中水份在“水包油”（60100體積比）含水段 受流速變化的影響很大，在實際含水不變的條件下，流速增加則儀表顯示含水?dāng)?shù)值 也增加，反之則下降。嚴(yán)重時誤差達10以上，如不加以解決，則現(xiàn)有的在線儀 表適用范圍大受影響，僅能適應(yīng)流速變化幅度很小及“油包水”（060體積比） 含水段。 2 “水包油”和“油包水”兩條特性曲線受現(xiàn)場因素的影響較大，不同的現(xiàn)場 其油中含有礦物質(zhì)成份不同，諸如含鹽、含硫、

16、含堿等，以往的短波吸收法在線含 水計量儀表靠人為采用的硬件方式進行曲線跟蹤調(diào)整來實現(xiàn)兩條特性曲線的吻合， 一方面調(diào)試難度大，另一方面也不容易調(diào)準(zhǔn)，曲線交叉部分的失真較嚴(yán)重。 3 壓力的變化影響油水混合液融解氣的變化。 采用短波吸收原理測定油中水份受油水混合液含氣量變化的影響較大，即短波 吸收原理只對兩相流介質(zhì)（油和水）檢測有效，而油和氣的介電常數(shù)接近，實測中 將氣體當(dāng)油計量，如含氣量穩(wěn)定不變，則儀表可將氣的基數(shù)調(diào)整掉。如含氣量不穩(wěn) 定、變化大，則儀表無法選擇基數(shù)，導(dǎo)致測量出現(xiàn)誤差。試驗過程中發(fā)現(xiàn)輸油管線 壓力變化，短波吸收法含水測量儀表顯示值隨之變化，分析認為，由于壓力變化， 融解氣的體積隨之

17、變化，影響含水測量結(jié)果。 4 多種參數(shù)的測量 油田現(xiàn)代化進程加快，各廠站油、氣、綜合處理能力提高，同時也要求自動監(jiān) 3 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 測儀表具有能夠提供多參數(shù)信息處理的能力。例如：油、氣、水量計量，壓力、溫 度、密度等參數(shù)的參考數(shù)據(jù)。 5 通用型儀表開發(fā) 隨著工業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)代化程度的提高，傳感器的種類不斷增加，更新?lián)Q代的時間縮 短，測量方式方法層出不窮，對二次接收儀表的要求也越來越高。接收處理各類信 號的能力強、通道設(shè)置多、前置處理線路成熟、整機通用性強、智能化程度高、存 儲空間大、軟件開發(fā)容易的儀表備受青睞。同時也容易擴大生產(chǎn)規(guī)模、減少換型研 制費用、加快新

18、功能開發(fā)步伐、縮短換型周期。這就要求儀表技術(shù)水平超前，具有 通用性。 1.3 原油含水率的測量方法選擇及比較 射線法 測量原理: 一般情況下，原油和地層水對于低能 射線的線性吸收系數(shù)不同，利用兩種介 質(zhì)對同一射線的線性吸收系數(shù)的差別計算出油水混合物的含水率。當(dāng)初始強度為 N 的 射線束穿過厚度為 X 的介質(zhì)時，它衰減后的強度Nx為： 0 N x N e?x 1-1 0 是反映介質(zhì)對 射線吸收能力的一個物理常數(shù)，它與 射線的能量有關(guān)，當(dāng) 射線的能量一定時，它取決于介質(zhì)的性質(zhì)。稱為介質(zhì)對射線的吸收系數(shù)。當(dāng)介質(zhì) 厚度 X 一定時，強度 N 僅與介質(zhì)的吸收系數(shù)有關(guān)。不同介質(zhì)對射線的吸收系數(shù) 不同，原油

19、的吸收系數(shù) 比水的吸收系數(shù) 小，即水對 射線的吸收能力大于原 0 W 油對 射線的吸收能力。對于水和原油的混合介質(zhì)可用等效吸收系數(shù)X 來表示它 對 射線的吸收能力，而X 取決于水和原油的相對比分由公式 1-1 可得 ln N N X 1-2 x 0 x 式中， N 和 X 是已知常數(shù)只要測定N 值，即可求得 值，從而得到油和水 0 x x 的相對比分，由此測定含水量。 4 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 此方法可用于在線儀表，提高生產(chǎn)過程和生產(chǎn)管理的自動化程度。但由于油和 水對 射線來說，其吸收系數(shù)僅差 20 ，因此儀表的靈敏度和測量精度不如短波吸 收式儀表；在測量過程中射

20、頻法容易受到電磁干擾，會產(chǎn)生很大的誤差，而且存在 人身安全問題，造價高，使用和維修困難。 微波法 測量原理： 微波法的原理是通過一次檢測傳感器應(yīng)用介質(zhì)對微波的吸收原理，將介質(zhì)含水 率轉(zhuǎn)化成電流信號輸入到儀表的模擬輸入通道而實現(xiàn)的。微波可以被物質(zhì)吸收，特 別是水分對微波能量的吸收最為顯著。依據(jù)此原理，采用微波反射式結(jié)構(gòu)，將由水 分而引起的微波衰減量轉(zhuǎn)化為電流信號輸出，建立輸出電流與含水率之間的關(guān)系。 由于微波法采用了微波技術(shù)，對使用和維護都造成了困難。 密度法 測量原理： 在原油和水不可壓縮且互不相溶的條件下，設(shè)原油水混合密度為 ，純水的 m 密度為 ，純原油的密度為 ，原油的體積為 ，則有：

21、w 0 + 1? 1-3 m w 0 由上式可見，當(dāng) 和 一定， 由密度計測得時，由式 1-3 就可以計算出原 w 0 m 油得體積含水率，這就是密度法測量原油含水率得基本原理。 影響含水率誤差的直接因素有三個：一是純水的密度大小，二是純油的密度大 小，三是油水混合液的密度大小。在其它條件不變是，純油密度越小，則含水率誤 差也越小，這可以從密度法測量含水率的本質(zhì)上取理解，密度法的實質(zhì)就是利用油 和水的密度不同去區(qū)分油和水來測量含水率，那么在水密度不變的情況下，油密度 越小，兩者的密度差別就越大，就越有利于區(qū)分和測量，即有利于減小誤差。說明 這種方法適合測量高含水率的原油。 密度法測量原油含水率

22、在中、高含水率范圍內(nèi)（含水率在 30 100），最 大相對誤差絕對值小于3，對于井口計量對誤差的要求不高這種情況，該測量方 法用于井口的原油含水率的測量是可行的，但是對于低含水原油（含水率 20%）, 5 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 由于該測量方法的高誤差，不適用，特別不適于測量凈化后的原油的含水百分率。 而且，密度法在沒有游離氣體條件下，基本能滿足原油含水率測量精度要求。但在 原油生產(chǎn)工況條件下，雖然經(jīng)過初步油氣分離，在輸油管道中，仍會有一定比例的 游離氣體存在，因而會嚴(yán)重影響密度測量精度。 短波吸收法 測量原理： 短波吸收法就是將電能以電磁被的形式輻射到以乳化狀態(tài)存

23、在的油水介質(zhì)中， 根據(jù)油水介質(zhì)對電磁波吸收能力不同的特性來檢測油水乳化液中水的含量。 根據(jù)朗伯貝爾定律 er-A.Beer ，電磁波通過介質(zhì)時將或多或少地被吸 收。因此，電磁波的出射能量總是小于入射能量，達種能量的減少服朗伯貝爾定 律。 朗伯貝爾定律： I 入 I 出eN 1-4 式中, I 入 電磁波的入射強度; I 出電磁波的出射強度; 介質(zhì)對電磁波的吸收系數(shù); N -吸收介質(zhì)分子數(shù) 1-4 式表明，當(dāng)保持入射波強一定時，電磁波的出射波強與吸收介質(zhì)分子數(shù)N 呈指數(shù)規(guī)律變化。吸收系數(shù)是由介質(zhì)的特性決定的。各介質(zhì)的吸收系數(shù)是不同的。 隨波長而變，因此物質(zhì)對不同頻率電磁波吸收能力是不同的。 1-

24、4 式只適用于 單一頻率的電磁波。 如果吸收介質(zhì)中有幾種吸收介質(zhì)，則上式應(yīng)為 N i i I 入I 出e 1-5 在油水乳化液中，式 1-5 可變?yōu)橄旅娴氖阶?6 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) N + N I I e 0 0 w W 1-6 入 出 式中 - 原油吸收系數(shù) 0 N 0 - 原油分子數(shù) - 水吸收系數(shù) w N - 水分子數(shù) w 根據(jù)實驗得知，因 , N 的變化對I 的影響是很小的，可以認為 0 w 0 出 N e 0 0 I 0 為常數(shù)，即電磁波通過純油介質(zhì)的入射波強為I 0 ， 則 1-6 式可變?yōu)椋?N I 入 I 出e W W 1-7 式 1-7 說明

25、電磁波的出射波強只與油中的含水量成指數(shù)關(guān)系?；谶@一原理， 可較好地實現(xiàn)對原油含水量的監(jiān)測。 短波吸收法不受介質(zhì)的黏度、密度、溫度、壓力等因素影響，可以在0100 的范圍內(nèi)測量原油的含水率，并能達到較高的測量精度，能夠滿足大多數(shù)情況下 的精度要求，因而短波吸收法得到了廣泛的應(yīng)用。 基于短波法的這些優(yōu)點，所以我在本次畢業(yè)設(shè)計中采用短波吸收法來測量原油 含水率。 7 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 第二章 硬件系統(tǒng) 2.1 嵌入式系統(tǒng)概述 隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體通信技術(shù)的發(fā)展，21 世紀(jì)將是一個全球信 息化的時代。目前，隨著以 PDA 、信息家電、機頂盒為代表的嵌入式

26、系統(tǒng)應(yīng)用的 廣泛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)越來越走進普通人的家庭生活，可以預(yù)見在不久的將來， 人們?nèi)粘Ｉ畹囊?、食、住、行等方方面面都將與嵌入式系統(tǒng)密切相關(guān)，嵌入式系 統(tǒng)的發(fā)展對人類科技的發(fā)展起著重要的作用。 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁，適應(yīng)應(yīng)用 系統(tǒng)，對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專業(yè)計算機系統(tǒng)，它將操作 系統(tǒng)和功能軟件集成于計算機硬件系統(tǒng)之中，簡單的說就是系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與系統(tǒng) 的硬件一體化，類似與BIOS 的工作方式，具有軟件代碼小，高度自動化，響應(yīng)速 度快等特點。特別適合于要求實時的多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機 技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技

27、術(shù)等各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。 嵌入式計算機系統(tǒng)與通常計算機系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點： （1） 嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的嵌入式 CPU，與通用型的最大不同就 是嵌入式 CPU 大多各種在為特定用戶群設(shè)計的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體 積小、集成度高等特點，能夠把通用 CPU 中的許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片 內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計趨于小型化，移動能力大大加強，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合 也越來越緊密。 （2 ） 嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與合格行業(yè)獨 體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度 分散、不斷創(chuàng)新的知識集成體系。 （3

28、 ） 嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率的設(shè)計，量體裁衣、去除冗余，力 爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能。 （4 ） 嵌入式系統(tǒng)和具體的應(yīng)用有機的結(jié)合在一起，它的升級換代也和具體產(chǎn)品 同步進行。因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進入市場，具有較強的生命周期。 （5 ） 為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在儲存 器芯片或單片機本身中，而不是存儲在磁盤等載體中。 8 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) （6 ） 嵌入式系統(tǒng)本身不具備字句開發(fā)功能，即使設(shè)計完成以后，用戶通常也是 不能對其中的程序進行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境進行開發(fā)。 2.2 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展史

29、嵌入式系統(tǒng)已有 30 多年的歷史了，大體上可劃分為以下 3 個階段： 1早期的嵌入式系統(tǒng)通常是單個芯片為核心的系統(tǒng)，大部分應(yīng)用于一些工業(yè) 控制系統(tǒng)中。這種嵌入式系統(tǒng)通常沒有操作系統(tǒng)的支持，而是通過匯編語言編程實 現(xiàn)系統(tǒng)的功能，一般具有監(jiān)測與控制的功能。其主要特點是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相 對比較簡單，成本較低。這種嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)控制和信息家電等 領(lǐng)域的需求，正在逐步推出應(yīng)用領(lǐng)域。 2 第二階段是以嵌入式 CPU 為基礎(chǔ)，以嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。 隨著嵌入式微處理器的發(fā)展，以及嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)水平的提高，這個階段 的嵌入式系統(tǒng)性能也不斷提高。嵌入式操作系統(tǒng)能運行于不

30、同類型微處理器上；內(nèi) 核開銷小、效率高，具有高度的模塊化和擴展性；可以提供多任務(wù)、多進程、多線 程處理，有各種設(shè)備支持、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；向用戶提供 大量的應(yīng)用程序接口，開發(fā)應(yīng)用程序相對簡單。 3 第三階段是以基于Internet 為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)，目前正在迅速發(fā)展。進入 90 年代后，Internet 的應(yīng)用迅速普及，廣泛滲透到社會、經(jīng)濟、軍事、交通、通信 等相關(guān)行業(yè)，消費電子計算機與通信一體化的趨勢日趨明顯，嵌入式技術(shù)再度成為 一個研究熱點。 2.3 DIMM-PC 簡介 隨著嵌入式控制的發(fā)展，越來越多的應(yīng)用場合需要更強大功能、更小巧體積、 更低的功耗和更高可靠性的控

31、制產(chǎn)品，DIMM-PC就是滿足這一需求的最新超小型嵌 入式PC控制產(chǎn)品。它在68*40mm的面積上集成了一臺標(biāo)準(zhǔn)PC幾乎所有的功能，并 包含看門狗、字符液晶顯示等特殊功能，你可以象用一個芯片一樣用它，但它卻是 一個完整的PC，真正做到將PC設(shè)計到你自己的系統(tǒng)中，而不是象過去一樣將你的 系統(tǒng)設(shè)計到PC中。 DIMM-PC系列按功能分為兩類：CPU模板和擴展功能模板。 9 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) DIMM-PC CPU模板：CPU模板（如圖2.1）作為一個系統(tǒng)的主控制器使用。 目 前銷售的DIMM-PC主CPU:80386SX33MHz、80486SX66MHz,5x8

32、6 133MHz, 在CPU模 板上已配備132M的DRAM內(nèi)存和232M的半導(dǎo)體電子盤,用戶可以根據(jù)自己的實 際需求選用不同配置的CPU模板。 由于對電子盤的管理方式不同,CPU模板分兩種,即BIOS支持管理的電子盤和 符合IDE標(biāo)準(zhǔn)的仿真IDE電子盤,如DIMM-PC/386I-4-8,表明386CPU模板,帶4M的 DRAM內(nèi)存,8M的IDE電子盤。 圖 2.1 DIMM-PC CPU 模板 擴展功能模板： *DIMM-PC/VGA1顯示模板,具有512K顯存,同時支持CRT和TFT,STN等平板顯 示器 *DIMM-PC/ETH1 以太網(wǎng)模板,采用CS8900 以太網(wǎng)芯片,符合IEEE

33、802.3標(biāo)準(zhǔn),支 持半雙工或全雙工10Mbps以太網(wǎng) *DIMM-PC/COM 串行通訊接口模板,可以擴充兩個串口 DIMM-PC接口規(guī)范： DIMM-PC的所有模板使用了一種通用的DIMM-144內(nèi)存插座作為連接件,采用144 線的金手指連接方式,其CPU模板和擴展模板的插座略有區(qū)別,以防插錯,幾個擴展 模板間沒有區(qū)別,可以隨便接插就象ISA插槽一樣。CPU模板出接線分為幾類： *ISA總線信號：SD0-SD15 SA0-SA19 數(shù)據(jù)地址信號，IOW IOR SMEMR 等各種讀 10 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 寫控制信號，OSC SYSCLK DRQ DACK

34、等特別功能信號，包含了標(biāo)準(zhǔn)ISA總線上的所有 數(shù)據(jù)信號。 *IDE硬盤控制信號：IDECS0 IDECS1 PDIAG DASP等 *兩個串口相關(guān)信號：DTX RTS TXD RXD RI 等 *軟驅(qū)控制信號：FDRDAT FDWDAT FDSTEP等 *LPT并口控制信號：BUSY SLCT ERR 等 *PS2鍵盤信號：KBCLK KBDAT *其它輔助信號：PGOOD RESET SPKR 等 *特殊功能信號：I2DAT I2CLK BATT GPCS0等 通用功能： DIMM-PC具有一臺標(biāo)準(zhǔn)IBM-PC的通用接口功能，包括 *一個IDE硬盤控制器 *一個標(biāo)準(zhǔn)軟盤控制器 *PS-2標(biāo)準(zhǔn)

35、鍵盤接口 *兩個串行通訊接口 TTL電平輸出 *一個并行輸出接口（支持EPP，ECP） *RESET和喇叭輸出信號 *1-16M的DRAM內(nèi)存 *1-16M的電子盤 IDE或BIOS方式 11 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 圖 2.2 DIMM-PC 插座 2.4 PC104 簡介 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用日益普及。工業(yè)控制 計算機種類很多，在板體結(jié)構(gòu)上有單板和小板之分，在總線上又有 ISA、EISA 、 MCA 、STD、VEM 、Multibus 等諸多結(jié)構(gòu)。完善的軟硬件開發(fā)環(huán)境和豐富的開發(fā) 工具，加上良好的用戶界面和圖形顯示功能，使得 IB

36、M PC 對于工控領(lǐng)域有著巨大 的吸引力。 在模塊化設(shè)計出現(xiàn)以前，主要有兩種嵌入式微機系統(tǒng)的設(shè)計方法：基于芯片和 基于模板的設(shè)計方法。前者是指設(shè)計全部從芯片開始，它可以有針對性地滿足用戶 系統(tǒng)要求，產(chǎn)品成本也較低。但缺點是開發(fā)費用高，研發(fā)周期長，因而滿足不了當(dāng) 今競爭激烈的市場環(huán)境。后者是指用市場上銷售的總線模板來組建自己的微機系 統(tǒng)，他能大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，但產(chǎn)品往往成本高、體積大、靈活性差，限制 了其在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。 隨著芯片集成度的提高、功能的加強、價格的下降、PCB 板制作工藝的改進、 元器件封裝和安裝技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的設(shè)計方法，即模塊化設(shè)計，并逐 漸成為嵌入式微機

37、系統(tǒng)的設(shè)計趨勢。所謂“模塊”是指一種體積較小的多集成塊組 件，通常是一塊 12906452mm 的電路板，多個模塊間可以采用插針和插座的方式 連接，也可以像安裝集成塊那樣將模塊插入用戶專用底版上。 12 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 第一塊 PC104 模塊產(chǎn)生于 1987 年，但嚴(yán)格意義的規(guī)范說明在 1992 年才公布，當(dāng) 時就有 125 個廠家引進 PC104 規(guī)范生產(chǎn) PC104 兼容產(chǎn)品。像原來的 PC 總線，PC104 一直是以一個非法定的標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行，而不是委員會設(shè)計制定的。1992 年 IEEE 開始 著手為 PC 和 PC/AT 總線定制一個精簡的 IEEE

38、P996 標(biāo)準(zhǔn)（草稿），PC104 作為基本 文件被采納，叫做 IEEEP996.1 兼容 PC 嵌入式模塊標(biāo)準(zhǔn)。可見 PC104 是一種專門 為嵌入式應(yīng)用而定義的工業(yè)控制總線。 PC/104有兩個版本，8位和16位，分別與PC和PC/AT相對應(yīng)。PC/104PLUS 則 與PCI總線相對應(yīng)。 由于PC104的管腳定義與ISA、PCI的規(guī)范完全兼容，所以公司在產(chǎn)品內(nèi)部用 PC/104模塊時，也可以應(yīng)自己的需要設(shè)計生產(chǎn)更多的專業(yè)應(yīng)用PC/104模塊種類。 嵌入式PC以PC104總線為系統(tǒng)架構(gòu)，在9096mm大小的模塊上集成了微型計算機 最基本的功能，去掉了PC底板及ISA PCI 總線等卡槽式結(jié)

39、構(gòu)，節(jié)省空間；同時因 減少了元器件的數(shù)量，整個模板的電源消耗很小。PC104總線實際上是IEEE996 PC 及PC/AT 總線的簡化版本，但它是專為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用而設(shè)計的總線規(guī)范。系統(tǒng) 設(shè)計以功能模板為基本組件，通過PC104總線完成PC104功能模塊之間任意搭接， 實現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴充?？梢韵嘈牛度胧絇C對目前的工業(yè)控制計算機體系產(chǎn)生了 積極的影響，而且將在許多應(yīng)用領(lǐng)域形成主流格局。 13 基于嵌入式系統(tǒng)的原油含水分析儀的數(shù)據(jù)交換與畫面組態(tài) 第三章 軟件設(shè)計 3.1 Real 組態(tài)軟件簡介 Real 組態(tài)軟件是紫金橋公司在長期的工程實踐中逐步發(fā)展起來的一套計算機 監(jiān)控系統(tǒng)。使用瑞爾系統(tǒng)，可

40、以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，在任 何需要的時候把生產(chǎn)現(xiàn)場的信息實時地傳送到控制室，并且通過局域網(wǎng)和 Internet ， 可以在任何地方訪問實時和歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，及時了解、評價生產(chǎn)情況和操作水平。 Real 組態(tài)軟件的基本功能是數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)交互。具體的說，數(shù) 據(jù)通訊就是從現(xiàn)場獲取數(shù)據(jù)并將它們加工成可利用形式的基本功能、向把需要控制 的信號通過計算機直接發(fā)送到現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)，這樣就建立了控制軟件所需所需的 雙向連接。數(shù)據(jù)管理就是根據(jù)用戶的需要，對數(shù)據(jù)進行更深層次的加工，如量程變 換、報警、統(tǒng)計、分析等。數(shù)據(jù)交互就是根據(jù)不同用戶的需求，把數(shù)據(jù)以不同的形 式提交給用戶以實現(xiàn)交互，如現(xiàn)場操作工需要監(jiān)控，管理人員需要數(shù)據(jù)報表、工藝 工程師要對數(shù)據(jù)進行分析等