新型自動化儀表中嵌入式智能化與網絡化技術應用分析

戴云霞

摘 要 隨著現代科學技術不斷發展，很多新型自動化儀表在社會生產中得到越來越廣泛的應用，對社會進步及發展起到很大推動作用。在當前新型自動化儀表應用過程中，為能夠使其作用得到更好發揮，使其功能得到更好實現，嵌入式的智能化與網絡化技術得在自動化儀表中得到較好應用。本文就新型自動化儀表中嵌入式的智能化與網絡化技術應用進行分析。

【關鍵詞】新型自動化儀表 嵌入式 智能化技術 網絡化技術 應用

隨著當前信息技術不斷發展，智能化技術與網絡化技術在社會上各個方面均得到廣泛應用，在自動化儀表中的應用就是比較常見的一種。當前嵌入式智能化與網絡化技術在新型自動化儀表中的應用使儀表功能能夠更好實現，并且使其在實際生產過程更好發揮其作用。因此，掌握嵌入式智能化與網絡化技術在新型自動化儀表中的應用十分必要。

1 新型自動化儀表設計分析

1.1 自動化儀表設計傳統模式與新型模式

對于傳統儀器儀表而言，其在實際設計過程中先對系統硬件進行設計，之后再對系統軟件進行設計，之后對整體系統進行集成測試。在這種設計模式下，若發現系統硬件中有錯誤存在，或者在系統結構中存在缺陷，要想對其進行修正十分困難，可能會造成結果就是需要重新設計系統，這樣一來，不但會導致開發周期被延長，使開發成本增加，并且與快速發展市場需求相適應。

在對新型嵌入式儀器儀表系統進行研究開發過程中，設計人員認為系統軟件開發及系統硬件開發兩者之間應當保持協同、一致，而不可使其分離、獨立。具體而言，在系統硬件以及系統軟件實現之前，應當合理劃分系統中軟件與硬件需實現功能，從而使最佳分解方案能夠產生，另外，在開發系統硬件之前，應當合理驗證嵌入式系統需實現功能，從而使系統實現功能保證與最初功能規格說明一致。這屬于新型的一種設計模式，即軟硬件協同設計，該設計思想在自動化儀表設計方面具有十分重要的意義。

1.2 軟硬件協同設計分析

對于軟硬件協同設計而言，其主要分為四個階段，即系統功能描述及劃分階段，軟硬件設計階段以及協同模擬階段與軟硬件綜合階段。

1.2.1 系統功能描述及劃分

在系統設計初期便應當對系統進行功能驗證及性能驗證，通過與實現無關語言對系統功能進行描述，可選擇VHDL當作算法級描述語言，同時也可對C語言實行必要修改以及擴充，將其當作行為級描述語言，從而模擬驗證系統功能。

1.2.2 軟件功能與硬件功能分解

以系統功能描述為基礎，依據設計目標以及相關約束條件對系統進一步進行分解，對系統中軟件部分與硬件部分進行劃分，從而保證能夠并行進行系統設計，從而盡最大可能使系統方案實現最優化。

1.2.3 系統協同模擬

在完成系統軟件與硬件設計之后，利用通信以及同步機制綜合模擬驗證整個系統，對于系統設計中存在偏差及時發現，并且對其進行修正。

1.2.4 軟件與硬件綜合

在系統模擬通過之后，應當實行系統軟件與系統硬件綜合，最終使整個系統設計能夠得以完成。對于硬件構件綜合而言，其構成所包括內容主要為硬件高層綜合、版圖綜合以及邏輯綜合等；對于軟件構件綜合而言，其構成所包括內容主要為高級綜合、編譯以及匯編等。在儀表系統設計過程中，通過對這種新型設計思想的合理應用，不但能夠使社會成本在很大程度上降低，可使設計周期有效縮短，并且還能夠防止重復設計情況出現，使系統設計能夠提高合理性，并且能夠提高其成功率。

2 新型自動化儀表核心內容分析

從當前實際情況來看，在自動化儀表中所選擇的微控制器大部分都是8位或者16位，這樣雖然能夠在一定程度上實現智能化，然而由于當前需要實現功能越來越多，并且也越來越復雜，這些控制器已經無法適應當前實際需要。另外，隨著當前微電子技術、芯片技術以及集成電路技術快速發展，一些性能比較高的嵌入式處理器在體積、功耗以及價格方面均有一定程度降低，在一些新型儀表中高性能嵌入式處理器使用已經成為可能。

對于嵌入式DSP處理器而言，在其系統結構以及指令方面均實行特殊設計，實行DSP算法比較適合，該處理器具有較高的編譯效率，并且在執行指令方面也具有較快速度，在數字濾波、譜分析以及FFT方面均表現出比較明顯的優勢，其中代表性比較強的產品主要包括TMS320系列以及DSP56000系列。為能夠使各種應用需求均得到滿足，有些處理器生產廠家還提供專門集成化處理器。

在系統中將32位處理器當作內核，另外在處理器中還包括很多外圍功能。比如Motorola68360，其屬于集成通信用處理器，其內核為32位，其最大特點就是集成通信系統，在系統內部包括4路協議通道，這些協議通道具有同步協議，對HDLC、T1/E1以及ISDN等一些通信協議均具備支持作用。對于ARM系列微處理器而言，其具有更多種類，有些專門在網絡中應用，有些專門在通信中應用，有些用于集成DSP協處理器，有些對Java可起到支持作用。用戶在實際應用過程中，可將自動化儀表具體應用要求作為依據，并且綜合考慮體積、功耗以及性能與價格等方面因素，從而對嵌入式微處理器進行適當選擇，并且在該基礎上使更加高級算法能夠得以實現，從而使其所提供功能能夠更加強大。

3 利用嵌入式Internet技術實現自動化儀表網絡化

在很早之前，使自動化儀表和互聯網之間實現聯接這一思路便已經存在，其所存在困難主要就是對于因特網而言，其中通信協議對計算機存儲器以及運行速度均有著比較高的要求，而對于當前儀器儀表而言，其所利用微處理器大部分都是8位與16位，對TCP或者IP能夠支持的互聯網協議所占的系統資源數量非常大，或者說這種情況要想實現基本是不可能的。對于當前普遍使用的8位儀器儀表及16位儀器儀表而言，除選擇性能比較高的32位處理器以及相關硬件平臺之外，嵌入式同時提供相關網絡化解決方案，其中代表性比較強的就是嵌入式微型互聯網技術。利用微型互聯網技術能夠將互聯網接入，選擇性能較高嵌入式處理器或者桌面計算機，將其作為網關，而該網關是實現網絡協議的關鍵內容。

總而言之，自動化儀表網絡化使系統潛力得到釋放，使傳統測量技術得到改變，使傳統模式得以突破，改變以往同一地點采集、分析以及顯示情況。另外，利用互聯網以及網絡技術，人們能夠對遠程儀器設備進行有效控制，在任意地點均能夠實現采集、分析以及顯示。

4 利用嵌入式實時操作系統提高自動化儀表質量

對于當前自動化儀表而言，實時操作系統并非其必須部分，并且對于傳統儀器儀表而言，由于在處理器功能以及存儲器容量方面存在限制，應用實時操作系統要想實現也比較困難。隨著當前儀器儀表中硬件功能得以不斷增強，其生產成本逐漸降低，功能要求不斷增加，并且也越來越復雜，因而需利用實時操作系統合理協調調度多個任務，對系統資源進行合理管理。另外，隨著當前不同種類嵌入式實時操作系統越來越多，在硬件配置方面也不在有十分嚴格的要求，其實時性得以不斷增強，并且工作效率也得以不斷提高，有些還能夠支持網絡協議，從而在自動化儀表中使實時操作系統的應用得以實現。

用戶可依據實際應用需求，從內存管理與開銷、任務調度以及任務切換時間與中斷禁止最大時間等相關方面為標準，從而對實時操作系統進行衡量以及適當選擇。在嵌入式處理器以及相關硬件平臺支持之下，利用實時操作系統進行高效調度以及管理，在新型嵌入式自動化儀表中，系統中軟件地位更加突出。系統軟件不再僅僅是硬件附屬品，而是成為系統智能模塊，具有很強的處理能力，可使人工智能方法以及技術得以實現，使自動化儀表能夠對復雜信號進行處理計算，并且能夠實行頻譜分析，并且能夠根據分析、比較以及推理結果，從而將相關控制信息輸出，可實現自我診斷以及自我測試，通過在內部及性能協調以及自動修復重組，與外界變化情況相適應，從而能夠實現自補償與自適應，并且通過進行自校準能夠是自身準確度得到保證。另外，其還能夠通過自學習而能夠對更多更復雜測控程序進行處理，從一定程度上來說軟件決定了儀器儀表智能化程度。

5 結語

在當前儀器儀表設備應用過程中，傳統模式已經無法適應當前需求，新型嵌入式儀表在社會上得到越來越廣泛的應用，并且智能化技術與網絡化技術在嵌入式新型儀表中得到廣泛應用，使其智能化程度及網絡化程度均得到有效提高，從而能夠得以更好應用。

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作者單位

上海南華蘭陵電氣有限公司 上海市 201111