基于ARM9的嵌入式pH值测控系统设计

　　1 引言

　　pH 值是工业生产过程中的一个十分常见的控制参数, 保持被控过程的 pH 值稳定, 对稳定生产过程, 提高产品质量, 减少原材料消耗等多方面均起到非常积极的作用。因此, 在糖厂、选矿厂、化工等企业实施pH 值自动控制系统具有很重要的意义[1]。而pH 值控制器的性能对 p H 值控制效果起到至关重要的作用。为此, 本文设计了一种以 3 2 位高性能 A R M 9 处理器S3C2410A 为核心的嵌入式 pH 值测控系统。

　　2 pH 值测控系统简介

　　一般 pH 值测控系统主要由 pH 值控制器、pH 值测量电极、pH 值测量电极除垢装置、加酸 / 碱装置和上位机等几个部分组成。以蔗糖生产的中和、澄清工段的pH 值测控系统为例,其结构如图 1 所示:

　　甘蔗压榨后的蔗汁中附着有大量的杂质,蔗汁呈酸性,根据我国蔗糖生产的亚硫酸法工艺,蔗汁在蒸煮之前必需进行中和、澄清,以便去除蔗汁中的非糖成份。通过在蔗汁中加入石灰乳来调节蔗汁的pH 值,pH 值的控制效果直接影响产糖的产量和品质。由于蔗汁粘稠度较高,容易造成 pH 值测量电极被污染、结垢,从而造成 pH 值测量的精度降低,因此通常采用的是两个电极轮换工作的办法,即一个电极在测量 pH 值的时候,另外一个进行清洗除垢,设置一个合理的轮换时间,进行清洗除垢工作。通过 pH 值测量电极,可以获得蔗汁的 pH值,控制器根据获得的 pH 值与设定值相比较,调节石灰乳的加入量,使其满足生产要求(一般澄清后蔗汁的 pH值在7.0~7.2 之间)。

　　3 基于 S3C2410A 的嵌入式 pH 值测控系统硬件设计

　　本文所设计的基于S3C2410A 的嵌入式pH 值测控系统硬件部分主要包括以下几个部分:S3C2410A 核心控制板,电平转换电路,D/A 转换电路,其结构图如图2 所示。

　　3.1 硬件系统设计

　　p H 值测控系统 A R M 核心控制板包括 A R M 芯片、Nand Flash 存储器、Nor Flash 存储器、SDRAM 存储器、RS-232 串行接口、USB Host、USB Device、CS8009A 以太网网络接口、JTAG 调试接口以及用于人机交换的触摸屏等。其中, A R M 芯片采用的是三星公司生产的 3 2 位嵌入式处理器 S 3 C 2 4 1 0 A , 采用ARM920T 内核,工作频率可以达到203MHz,并且内部集成了丰富的功能模块;Nand Flash 采用了三星公司生产的 64M × 8 位存储器 K9F1208U0B;SDRAM 采用的是现代公司生产的 HY57V561620FTP-H,存储容量为　4Banks × 4M ×16 位(32M 字节),本系统使用两片16位的 HY57V561620FTP-H 并联成为 32 位数据宽度的SDRAM 存储系统,总容量为 64M。

　　3.2 A/D转换电路

　　A/D 转换电路采用 S3C2410A 微处理器自带的 A/D 转换器,它提供了1 个8 通道的模拟输入转换器,可以将模拟输入信号转换成为 10 位数字编码,A/D 转换的最高时钟频率为2.5MHz,其最大转换率为500KSPS,输入电压的范围是0~3.3V。同时S3C2410A 的 A/D 转换器支持片上操作,具备采样保持功能以及掉电模式[2],可以满足整个系统的精度要求。