基于LPC2131和μC/OS-Ⅱ的无纸记录仪设计与实现

　　记录仪是工业生产自动化系统中十分常见的二次仪表。传统型模拟记录仪结构简单、功能单一，存在着卡纸、卡笔、断线等易发故障和换笔、换纸、添墨等大量日常维护工作。此类记录仪由于其结构与功能的局限性，无法满足综合生产管理、生产过程智能化、数据传输网络化和在线数据分析处理的需要[1]。无纸记录仪由于采用嵌入式设计，记录仪外形尺寸可制成标准模拟仪表安装尺寸，直接替换Ⅲ型仪表。无纸、墨水及一切机械传动部件，硬件模块采用工控设计，适应工业现场要求，可靠性高。大容量数据存储，多年数据可随时查看。无纸记录仪及其系列智能二次表的开发使用，将会大大减少仪表架上仪表的数量，节省大量的配件和维修开销，降低维护人员工作量，使企业管理更趋数据化和网络化。

　　1　系统设计

　　本设计要解决的主要问题是数据的采集、存储和上传。采集过程中涉及采集模块;存储过程中涉及存储介质 SD 卡的相关技术，包括 SD 卡的底层驱动，以 SD 卡作为存储介质的文件系统 ZLG/FS。程序设计采用多任务方式，用实时多任务操作内核μC/OS-II 对各任务进行管理和调度。

　　采集节点是整个系统的核心，一方面对 0 ～ 5任意一通道或多通道进行数据采集，另一方面将数据上传监控平台以便操作者了解采集节点运行状态和将数据以文本的方式存储在 SD 卡中以备查询和保存。工作指示灯指示 MCU 是否采集数据、SD 是否插入卡座和数据是否写入 SD 卡，通过指示灯的亮或灭状态，我们就能基本掌握整个系统的运行状态;通过 SPI 总线完成对 SD 卡的操作，一方面可以兼容MMC 卡，另一方面可以提高访问 SD 卡的速度(相对模拟 SD 总线而言);在本系统中，对 SD 卡的操作建立在文件系统之上，SD 卡作为文件系统的存储介质使用，提高了对数据的管理效率;MCU 与上位机之间的通信通过串口 0 完成。系统的整体框图如图1 所示。

　　2　系统的硬件设计

　　LPC2131 是一个支持实时仿真和跟踪的 16/32位 ARM7TDMI-S 核 的 微 控 制 器，内 置 了 32KbFlash，存储器运算速度快(主频可达 60MHz)，精度高、功耗低(核心电压仅 1.8V)，且片内外设丰富(如UART、10 位 ADC、SPI、RTC 等)[2,3]。32Kb 的Flash 满足了实时操作系统的移植要求，使得程序的执行效率大大提高。嵌入式处理器自己是不能独立工作的，必须给它供电、加上时钟信号、提供复位信号等，如果芯片没有片内程序存储器，则还要加上存储器系统，然后嵌入式系统才能工作。这些提供MCU 运行所必需的条件的电路与 MCU 共同构成了嵌入式处理器的最小系统。MCU 的最小系统设计和蜂鸣器电路及 LED 显示电路的设计已经比较成熟，读者可以参考文献 [4]。下面详述 SD 卡卡座电路设计和工作原理。