新型自动化仪表中嵌入式智能化与网络化技术应用分析

戴云霞

摘 要 随着现代科学技术不断发展，很多新型自动化仪表在社会生产中得到越来越广泛的应用，对社会进步及发展起到很大推动作用。在当前新型自动化仪表应用过程中，为能够使其作用得到更好发挥，使其功能得到更好实现，嵌入式的智能化与网络化技术得在自动化仪表中得到较好应用。本文就新型自动化仪表中嵌入式的智能化与网络化技术应用进行分析。

【关键词】新型自动化仪表 嵌入式 智能化技术 网络化技术 应用

随着当前信息技术不断发展，智能化技术与网络化技术在社会上各个方面均得到广泛应用，在自动化仪表中的应用就是比较常见的一种。当前嵌入式智能化与网络化技术在新型自动化仪表中的应用使仪表功能能够更好实现，并且使其在实际生产过程更好发挥其作用。因此，掌握嵌入式智能化与网络化技术在新型自动化仪表中的应用十分必要。

1 新型自动化仪表设计分析

1.1 自動化仪表设计传统模式与新型模式

对于传统仪器仪表而言，其在实际设计过程中先对系统硬件进行设计，之后再对系统软件进行设计，之后对整体系统进行集成测试。在这种设计模式下，若发现系统硬件中有错误存在，或者在系统结构中存在缺陷，要想对其进行修正十分困难，可能会造成结果就是需要重新设计系统，这样一来，不但会导致开发周期被延长，使开发成本增加，并且与快速发展市场需求相适应。

在对新型嵌入式仪器仪表系统进行研究开发过程中，设计人员认为系统软件开发及系统硬件开发两者之间应当保持协同、一致，而不可使其分离、独立。具体而言，在系统硬件以及系统软件实现之前，应当合理划分系统中软件与硬件需实现功能，从而使最佳分解方案能够产生，另外，在开发系统硬件之前，应当合理验证嵌入式系统需实现功能，从而使系统实现功能保证与最初功能规格说明一致。这属于新型的一种设计模式，即软硬件协同设计，该设计思想在自动化仪表设计方面具有十分重要的意义。

1.2 软硬件协同设计分析

对于软硬件协同设计而言，其主要分为四个阶段，即系统功能描述及划分阶段，软硬件设计阶段以及协同模拟阶段与软硬件综合阶段。

1.2.1 系统功能描述及划分

在系统设计初期便应当对系统进行功能验证及性能验证，通过与实现无关语言对系统功能进行描述，可选择VHDL当作算法级描述语言，同时也可对C语言实行必要修改以及扩充，将其当作行为级描述语言，从而模拟验证系统功能。

1.2.2 软件功能与硬件功能分解

以系统功能描述为基础，依据设计目标以及相关约束条件对系统进一步进行分解，对系统中软件部分与硬件部分进行划分，从而保证能够并行进行系统设计，从而尽最大可能使系统方案实现最优化。

1.2.3 系统协同模拟

在完成系统软件与硬件设计之后，利用通信以及同步机制综合模拟验证整个系统，对于系统设计中存在偏差及时发现，并且对其进行修正。

1.2.4 软件与硬件综合

在系统模拟通过之后，应当实行系统软件与系统硬件综合，最终使整个系统设计能够得以完成。对于硬件构件综合而言，其构成所包括内容主要为硬件高层综合、版图综合以及逻辑综合等；对于软件构件综合而言，其构成所包括内容主要为高级综合、编译以及汇编等。在仪表系统设计过程中，通过对这种新型设计思想的合理应用，不但能够使社会成本在很大程度上降低，可使设计周期有效缩短，并且还能够防止重复设计情况出现，使系统设计能够提高合理性，并且能够提高其成功率。

2 新型自动化仪表核心内容分析

从当前实际情况来看，在自动化仪表中所选择的微控制器大部分都是8位或者16位，这样虽然能够在一定程度上实现智能化，然而由于当前需要实现功能越来越多，并且也越来越复杂，这些控制器已经无法适应当前实际需要。另外，随着当前微电子技术、芯片技术以及集成电路技术快速发展，一些性能比较高的嵌入式处理器在体积、功耗以及价格方面均有一定程度降低，在一些新型仪表中高性能嵌入式处理器使用已经成为可能。

对于嵌入式DSP处理器而言，在其系统结构以及指令方面均实行特殊设计，实行DSP算法比较适合，该处理器具有较高的编译效率，并且在执行指令方面也具有较快速度，在数字滤波、谱分析以及FFT方面均表现出比较明显的优势，其中代表性比较强的产品主要包括TMS320系列以及DSP56000系列。为能够使各种应用需求均得到满足，有些处理器生产厂家还提供专门集成化处理器。

在系统中将32位处理器当作内核，另外在处理器中还包括很多外围功能。比如Motorola68360，其属于集成通信用处理器，其内核为32位，其最大特点就是集成通信系统，在系统内部包括4路协议通道，这些协议通道具有同步协议，对HDLC、T1/E1以及ISDN等一些通信协议均具备支持作用。对于ARM系列微处理器而言，其具有更多种类，有些专门在网络中应用，有些专门在通信中应用，有些用于集成DSP协处理器，有些对Java可起到支持作用。用户在实际应用过程中，可将自动化仪表具体应用要求作为依据，并且综合考虑体积、功耗以及性能与价格等方面因素，从而对嵌入式微处理器进行适当选择，并且在该基础上使更加高级算法能够得以实现，从而使其所提供功能能够更加强大。

3 利用嵌入式Internet技术实现自动化仪表网络化

在很早之前，使自动化仪表和互联网之间实现联接这一思路便已经存在，其所存在困难主要就是对于因特网而言，其中通信协议对计算机存储器以及运行速度均有着比较高的要求，而对于当前仪器仪表而言，其所利用微处理器大部分都是8位与16位，对TCP或者IP能够支持的互联网协议所占的系统资源数量非常大，或者说这种情况要想实现基本是不可能的。对于当前普遍使用的8位仪器仪表及16位仪器仪表而言，除选择性能比较高的32位处理器以及相关硬件平台之外，嵌入式同时提供相关网络化解决方案，其中代表性比较强的就是嵌入式微型互联网技术。利用微型互联网技术能够将互联网接入，选择性能较高嵌入式处理器或者桌面计算机，将其作为网关，而该网关是实现网络协议的关键内容。

总而言之，自动化仪表网络化使系统潜力得到释放，使传统测量技术得到改变，使传统模式得以突破，改变以往同一地点采集、分析以及显示情况。另外，利用互联网以及网络技术，人们能够对远程仪器设备进行有效控制，在任意地点均能够实现采集、分析以及显示。

4 利用嵌入式实时操作系统提高自动化仪表质量

对于当前自动化仪表而言，实时操作系统并非其必須部分，并且对于传统仪器仪表而言，由于在处理器功能以及存储器容量方面存在限制，应用实时操作系统要想实现也比较困难。随着当前仪器仪表中硬件功能得以不断增强，其生产成本逐渐降低，功能要求不断增加，并且也越来越复杂，因而需利用实时操作系统合理协调调度多个任务，对系统资源进行合理管理。另外，随着当前不同种类嵌入式实时操作系统越来越多，在硬件配置方面也不在有十分严格的要求，其实时性得以不断增强，并且工作效率也得以不断提高，有些还能够支持网络协议，从而在自动化仪表中使实时操作系统的应用得以实现。

用户可依据实际应用需求，从内存管理与开销、任务调度以及任务切换时间与中断禁止最大时间等相关方面为标准，从而对实时操作系统进行衡量以及适当选择。在嵌入式处理器以及相关硬件平台支持之下，利用实时操作系统进行高效调度以及管理，在新型嵌入式自动化仪表中，系统中软件地位更加突出。系统软件不再仅仅是硬件附属品，而是成为系统智能模块，具有很强的处理能力，可使人工智能方法以及技术得以实现，使自动化仪表能够对复杂信号进行处理计算，并且能够实行频谱分析，并且能够根据分析、比较以及推理结果，从而将相关控制信息输出，可实现自我诊断以及自我测试，通过在内部及性能协调以及自动修复重组，与外界变化情况相适应，从而能够实现自补偿与自适应，并且通过进行自校准能够是自身准确度得到保证。另外，其还能够通过自学习而能够对更多更复杂测控程序进行处理，从一定程度上来说软件决定了仪器仪表智能化程度。

5 结语

在当前仪器仪表设备应用过程中，传统模式已经无法适应当前需求，新型嵌入式仪表在社会上得到越来越广泛的应用，并且智能化技术与网络化技术在嵌入式新型仪表中得到广泛应用，使其智能化程度及网络化程度均得到有效提高，从而能够得以更好应用。

参考文献

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作者单位

上海南华兰陵电气有限公司 上海市 201111