在TMS320F2812基礎(chǔ)上的高智能變送器設計-設計應用

精品文檔-下載后可編輯在TMS320F2812基礎(chǔ)上的高智能變送器設計-設計應用針對工業(yè)應用中使用傳感器測量參數(shù)，傳感器信號較弱，不適合遠距離傳輸，且非線性效果不理想，達不到較高精度要求的問題，提出一種基于TMS320F2812的智能變送器設計方案。該設計以32位TMS320F2812為控制器，采用MAX1400進行A/D轉(zhuǎn)換，再將測量數(shù)據(jù)進行初步處理后利用TMS320F2812內(nèi)部集成的eCAN模塊與上位機進行通信。結(jié)果表明：該智能變送器的變送精度實際接近0.05級，總功耗控制在4mA以內(nèi)。

1系統(tǒng)組成

智能式變送器是由傳感器和微處理器（微機）相結(jié)構(gòu)而成的。它充分利用了微處理器的運算和存儲能力，可對傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，包括對測量信號的調(diào)理（如濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換等）、數(shù)據(jù)顯示、自動校正和自動補償?shù)?，微處理器是智能式變送器的。它不但可以對測量數(shù)據(jù)進行計算、存儲和數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對傳感器進行調(diào)節(jié)，以使采集數(shù)據(jù)達到。由于微處理器具有各種軟件和硬件功能，因而它可以完成傳統(tǒng)變送器難以完成的任務。所以智能式變送器降低了傳感器的制造難度，并在很大程主上提高了傳感器的性能。

變送器輸出為標準信號的傳感器。這個術(shù)語有時與傳感器通用，變送器將傳感信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標準信號：0/4-20mADC,1-5VDC,0-10VDc，變送器——遵循一個物理定律（或?qū)嶒灁?shù)學模型）將物理量的變化轉(zhuǎn)化成4-20mA等標準信號的裝置。變送器種類很多。總體來說就是由變送器發(fā)出一種信號來給二次儀表使二次儀表顯示測量數(shù)據(jù)。變送器除有傳感的功能之外還有放大整形的功能，輸出為標準的控制信號。如：4－20mA

基于eCAN現(xiàn)場總線技術(shù)的智能變送器由上位機和智能測控節(jié)點構(gòu)成。位于監(jiān)控現(xiàn)場的上位機采用通用計算機（PC）或工控機（ICP），在ISA擴展槽使用1塊總線通信適配卡，使上位機具有總線通信功能；而位于工業(yè)現(xiàn)場的多個智能測控節(jié)點采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。圖l為系統(tǒng)組成框圖。

2eCAN智能變送節(jié)點的硬件設計

智能變送器節(jié)點具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、控制以及與CAN總線通信功能。節(jié)點是以TMS320F2812型DSP為，利用其內(nèi)部集成的eCAN模塊進行通信。其硬件電路由4部分組成：單片機微控制器電路、數(shù)據(jù)采集電路、通信接口電路以及現(xiàn)場監(jiān)控電路。其主要應用電路如圖2所示。

TMS320F2812通過SPI串行接口與MAXl400連接，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，通過光電隔離和電源隔離實現(xiàn)CPU單元的隔離保護，提高通信過程的抗干擾能力。

2.1單片機微控器

本裝置的器件為TMS320F2812。TMS320F2812DSP內(nèi)部集成有eCAN模塊，完全兼容CAN2.0B協(xié)議，是TI公司新一代32位內(nèi)部結(jié)構(gòu)的CAN控制器。該器件還集成有多種先進的外設，為控制領(lǐng)域的應用提供了良好的平臺。TMS320F2812型DSP提高了運算精度（32位）和系統(tǒng)的處理能力（達到150MI／s）。該系列器件還集成有128KB的Flash存儲器，4KB的引導ROM，數(shù)學運算表及2KB的0TPROM，從而大大改善應用的靈活性。

2.2數(shù)據(jù)采集

傳感器模塊是實現(xiàn)eCAN通信的通信終端設備之一。上位機的控制命令信息由微處理器處理后，利用傳感器進行數(shù)據(jù)采集或?qū)ζ溥M行參數(shù)設置。通常輸入傳感器的信號幅值很小，而且混雜干擾信號以及噪聲。為了方便后續(xù)處理，首先要將信號整形成具有特性的波形，有時還需要將信號線性化。本裝置可以直接與現(xiàn)場各種傳感器連接，然后通過屏蔽雙絞線與上位機雙向數(shù)據(jù)傳輸。

在調(diào)試中采用半導體壓阻傳感器。為提高滿量程輸出，減少零點漂移和提高線性度，通常把感壓電阻連成惠斯登電橋，每個橋臂電阻都比較大，一般為2kΩ。采用恒流源供電，這種方式的優(yōu)點是電橋的輸出與橋臂電阻無關(guān)，同時采用雙電源供電，所以可進一步減小對傳感器的非線性和溫度傳感器輸出靈敏度的影響。

2.3通信接口

TMS320F2812內(nèi)部集成有eCAN，可以方便的接入到CAN總線系統(tǒng)中。因此，在設計中不必外加CAN控制器實現(xiàn)CAN總線底層協(xié)議，外部只需連接CAN總線驅(qū)動器即可實現(xiàn)CAN接口。

這里選用SN65HVD230收發(fā)器，可提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，增大通信距離，保護總線，降低射頻干擾，實現(xiàn)熱防護等。6N137系列器件是高速光耦，實現(xiàn)TMS320F2812和物理總線間的光電隔離，降低由于不同節(jié)點的高共模電壓引起的串擾，甚至對器件的損壞，進而提高系統(tǒng)的可靠性，其通信速率可高達10Mbit／s，完滿足CAN總線通信需要。

因為DSP是+3.3V供電，而SN65HVD230內(nèi)部的比較器需要5V供電，所以在接收端連接有R2和R3實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。

2.4現(xiàn)場監(jiān)控電路

該電路主要顯示節(jié)點的工作狀態(tài)和被控對象的測量值，并根據(jù)設置對被控對象進行控制，該電路是由液晶顯示器、輸出驅(qū)動器件等組成。

3系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計是整套裝置的重要組成部分。本裝置的軟件設計是在CCS集成開發(fā)環(huán)境中使用C語言開發(fā)的。CCS是TI公司提高的功能強大的集成開發(fā)環(huán)境，可提供環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤和分析等工具，在軟件環(huán)境下完成編輯、編譯鏈接、調(diào)試和數(shù)據(jù)分析等工作。

3.1主程序

智能變送器的main函數(shù)軟件代碼如下：

3.2A／D轉(zhuǎn)換模塊軟件設計

在對MAXl400進行操作時，首先應對其初始化。若不初始化，而直接讀取A／D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，MAXl400將按其內(nèi)部各寄存器上電復位時的缺省值進行轉(zhuǎn)換。InitMAXl400（）的程序流程如圖3所示。

分別用軟件控制MAXl400的DRDY,CS，SCLK，DIN和DOUT5個引腳的狀態(tài)，從而實現(xiàn)對它的操作，MAXl400的讀寫按照嚴格的時序進行。

主程序中SPIRXINTA_ISR、SPIRXINTA_ISR分別為SPI輸入、輸出子程序。

Measure（）子程序是TMS320F2812對A／D轉(zhuǎn)換器采集后的數(shù)據(jù)進行處理的過程。當SPISTS.SPINTFLAG=1時，CPU將SPIRXBUF中的值存儲到Sci_VarRx[i]數(shù)組中，MAXl400是18位，而TMS320F2812為16位處理器。所以每一個采樣值要占2個存儲空間。測量結(jié)果濾波采用中位值平均濾波法，即每個測量值采樣10次，去除值和值，其余8個值取算術(shù)平均值。

3.3eCAN通信模塊軟件設計

在使用eCAN模塊之前首先必須對其內(nèi)部寄存器進行初始化設置。InitECan（）包括：1）為正確配置2個引腳CANTX和CANRX，因為這兩個I／O口均為復用口。2）初始化位定時器，位定時器CANBTC包括CAN控制器的通訊波特率預分頻器BRP、同步跳轉(zhuǎn)寬度SJW、采樣次數(shù)SAM和TSEGl、TSEG2。3）初始化郵箱，郵箱初始化主要設置郵箱的標識符、控制