吴刚
德州实华化工有限公司 山东省德州市 253000
【摘要】自动化仪表是计算机技术向仪器仪表移植的产物,含有计算机或微处理器,拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能.首先,对工业自动化仪表展开了分析,其后具体介绍了嵌入式系统,并分析了其在自动化仪表中的应用要求,最后围绕实例探讨了基于ARM的自动化仪表设计,分析了仪器仪表的发展趋势和技术需求，展望了嵌入式系统的进展及其对仪器仪表的技术支持和应用前景。
【关键词】嵌入式系统；自动化仪表；应用；系统方案；模块设计；展望
前言：
随着计算机技术、微电子技术和网络化技术的迅速发展，仪器仪表将向智能化、网络化、虚拟化的方向发展，以嵌入式系统为主要控制器或处理器，替代传统仪器仪表中的常规电子线路，成为新一代具有智能算法的自动化仪器仪表的发展主流，嵌入式技术提供了一种灵活、高效和高性价比的解决方案，加强此方面研究具有其重要意义。
一、自动化仪表简介
现代工业生产过程中，自动化仪表是调整生产过程中的“神经枢纽”，属于核心设备，通过全面配置工业自动仪表，可实现对工业生产过程中的实时检测、优化控制，保证各项参数均处于最佳状态，有效控制生产成本和生产质量。自动化仪器仪表的应用，可以有效带动传统产业技术升级，提高企业竞争力。
二、嵌入式系统与自动化仪器仪表
2.1自动化仪器仪表与嵌入式系统
高级嵌入式计算机系统和网络技术的应用，使仪器仪表将传感测量、补偿计算、工程量处理与故障诊断等功能集于一身，并能充分利用网络时代的优势，完成远程维护、远程控制、故障预报等以前无法实现的功能。在这其中，芯片、总线、接口技术，成为仪器仪表的内核，嵌入式系统成为技术的代表，并由此形成了仪器仪表行业发展的趋势。
2.2嵌入式系统及其发展
嵌入式系统是以计算机技术为基础，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它的最大特点在于能够根据特定用户的需求，对软硬件进行合理裁剪，具有功耗低、体积小、集成度高等特点，有利于整个系统的小型化，提高系统的智能化和网络化程度。计算机软硬件技术的飞速发展，使得高性能嵌入式微处理器应用成为当前的热点，而实时多任务操作系统正成为这一应用中的重要核心部分。
三、仪器仪表中嵌入式计算机系统的方案设计
3.1注意要点
实时性好特定用户通常对获取结果的时间延迟有明确限制，设计时必须充分考虑这一因素。可靠性高作为核心部件，嵌入式系统的损坏常造成系统的瘫痪，带来无法估量的损失，因此要求有较高的可靠性。集成度高出于开发效率和占用空间方面的考虑，要求嵌入式系统要有较高的集成度。功耗低某些移动设备、便携式设备等需要电池供电，决定了系统应当有更低的功耗。环境适应能力强自动化仪器仪表的工作环境往往是不可控的，特别是热、冲击、光、强电磁场等，因此应考虑到对于这些干扰的防护措施。
3.2开发过程
3.2.1目标产品的功能分析及定义①嵌入式系统的主要目标是进行数据采集还是进行控制；②是否需要显示界面，需要显示时，是以图形方式还是文本方式显示；③是否需要与其他的设备进行数据交换，如需要，选择何种方式，何种协议；④仪器仪表的各项主要性能指标定义。
3.2.2根据需要的功能来确定硬件设备和软件①对硬件设备进行直接控制的软件开发；②没有用户图形界面的应用程序开发；③基于图形界面的通用应用软件的开发；④在基础应用软件上的高层开发。很多开发环境主要应用于第③、④层次，因此开发可以不在目标机上进行，而在PC机上或PC的模拟环境中进行。
四、自动化仪表设计的新模式-软硬件协同设计
传统的仪器仪表设计顺序是先进行系统的硬件设计，后进行软件是设计，再进行系统的集成测试。这时，如果发现系统硬件的错误或者系统结构的缺陷，要修正相当的困难。可能导致系统的重新设计，这不仅延长了开发周期，增加了开发成本，而且难以满足快速变化的市场要求。在嵌入式系统的研究开发中，人们认识到软件与硬件的开发不是独立的，分离的。而应是协同一致的。即在软件与硬件的实现之前，对软硬件所实现的功能进行划分，产生一个最佳的分解方案，同时在硬件开发之前，应对包含软件，硬件的嵌入式系统所实现的功能进行验证，以确保系统的实现与最初的功能规格说明相一致。这就是一种新的设计模式--软硬件协同设计。
五、嵌入式Internet技术实现自动化仪表的网络化
实现自动化仪表与Internet连接的主要困难在于，Internet上的各种通信协议对于计算机存储器，运算速度等的要求比较高，而仪表仪器大多使用的是8位和16位MCU，支持TCP-IP等Internet协议将占用大量系统的资源，或根本不可能。除了采用高性能的32位处理器及相应硬件平台之外，对于现存的8位和16位仪表仪器，嵌入式也提供了网络化的解决方案。其中比较有代表性的技术是嵌入式微型互联网技术EMIT。
EMIT采用桌面计算机或高性能的嵌入式处理器作为网关，网络协议的实现主要放在该网关上。网关通过RS-232RS-485CAN，红外射频等轻量级总线与多个嵌入式设备联系起来，每个嵌入式设备将自身的工作参数反馈到网关中；同时网关可以发送命令，修改设备中的变量，或进行某种控制。这样仅通过增加一个网关，就解决了嵌入式设备上Internet的问题；网关可以同时管理多个嵌入式设备，从而提高嵌入式网络的结构化、智能化，浏览信息资源的归一化，并具有迄今为止其他解决方案无可比拟的性能价格优势。通过嵌入式Internet接入技术，新型的仪器仪表与计算机一样，成为网络中的独立节点，实现基于Internet的远程数据采集、远程控制、自动报警、上传下载数据文件等功能；用户通过浏览器或符合规范的应用程序也实时浏览到所需的信息。
嵌入式自动化仪表的网络化释放了系统的潜力，改变了测量技术的以往面貌，打破了在同一地点进行采集，分析和显示的传统模式；依靠Internet和网络技术，已经能够和将能够有效地控制远程仪器设备，在任何地方进行采集，分析和显示。
六、展望嵌入式自动化仪表技术
嵌入式系统广泛应该到科研行业、军事领域、商业发展、娱乐行业，甚至是人们的日常生活中也随处可见。可以说，嵌入式系统是计算机软件与硬件的统一体，另外，还包含各种机械零件等装置。然而，和普通系统比较来说，具有功能强大、功耗与成本消耗低等特点。可以说，嵌入式系统包含计算机、电子技术等多个领域的知识，与此同时，嵌入式产品出现在各个行业中，并且和人们的日常生活密切相关，因嵌入式系统的广泛应用，势必会使人们更加专注与嵌入式系统的研究与开发工作中。
结语：
由此看来，嵌入式系统的发展有广阔的发展前景。在今后嵌入式系统的发展过程中，必须由经验非常丰富的设计人员来设计，并使系统的发展朝着网络互联的方向发展，从而在激烈的市场竞争中站稳脚步，更好的服务于人们的生产与生活。
参考文献:
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