开封市中仪流量仪表有限公司
开封市中仪流量仪表有限公司
阅读：167发布时间：2021-12-21
带PROF 1BUS一DP接口的智能电磁流量计的开发
摘要: 利用16位高速单片机(MSP 430F 149)和8位单片机(P IC 18F4520) 以及PROF IBUS 总线的专用协议芯片SPC3 , 开发了带PR OFI BUS 一DP接口的智能电磁流量计..介绍了智能电磁流量计总体方案的设计和PR OFIB US一D P通信接口的软硬件设计实现, 给出了部分原理图和软件流程图..实验证明该智能电磁流量计功能完善, 操作方便, 通信可靠, 达到了预期设计目的..
关键词: 现场总线通信; 单片机; 智能电磁流量计
0 引言
当今现场总线技术的发展日新月异, 应用领域也日趋广泛, 从家庭.. 能源.. 楼宇, 到工业现场.. 为了适应市场的需要, 国内外各大公司纷纷推出新一代的.. 各具特色的智能化流量仪表, 其中结合现场总线技术的智能电磁流量计的开发尤为引人注日..PRO FIBU S作为目前主流总线之一, 包括三种类型: DP .. 以和FMS ..这三种类型均使用统一的总线访问协议, 其中P R O F I B U S 一DP (de ....n tra lized per iph ery)采用经过优化的高速.. 廉价通信连接, 专为自动控制系统和设备级的分散1/ 0之间通信设计, 能满足分布式控制系统的实时性.. 稳定性和可靠性要求..随着PROF IBUS一DP 系统应用领域的日益扩大, 用户及研究部门都有自主研发或特殊调试的需求, 下面将介绍结合智能化技术与现场总线技术, 开发带PR OF IBU S一DP 接口的智能电磁流量计..
1 系统总体设计
常用现场仪表系统的处理任务简单, 往往使用一个CPU加一系列外围辅助电路就能达到相应的目标功能.. 采用双CP U可以根据系统的总体功能要求进行合理的分工, 各自完成不同的控制和处理功能, 可以适当地简化硬件电路和软件资源的分配, 设计相对独立, 程序的修改和移植也变得容易[l .... 此系统采用了双CPU 设计, 如图1所示.. 16 位单片机M SP 43 0F 149 是电磁流量计的核心部件, 实现信号的采集处理.. L C D 显示.. 存储及与8 位单片机P IC 18F 4520 进行数据交换..P IC 18F 4520和P ROF IBU S现场总线专用协议芯片SP C 3是PROFI BU S一DP 接口部分的核心部件.. PIC 18F4 520 负责与MS P430F 149 交换数据及与sPe3通信等功能的实现, SP C3 负责把主站送来的数据拆包, 送往P IC 18F 452 0 , 同时把P IC lsF4 520送来的数据打包, 上传给主站..
2 系统硬件设计
如图1所示, 电磁流量计的硬件部分主要由传感器.. 电源系统.. 信号处理电路.. 励磁电路.. 单片机系统和总线接口电路组成..
2 .1 传感器及电源系统
传感器直接由厂家制作, 在此不再赘述.. 本系统所用电源电压种类不一, 特别设计流量计专用电源系统.. 整个系统采用5V 供电, 而MS P430 F1 49 采用3.3V 电压供电.. 考虑到硬件系统要求电源具有稳压功能和纹波小等特点, 另外也考虑到硬件系统的低功耗等特点, 因此该硬件系统的3.3V 电源部分采用T l公司的TPS760 33芯片实现[2] .. .生, ..~上, 二尸J ..一..一卜一....一....一一二司图l 智能电磁流量计整体结构图
2.2 励磁电路
低频矩形波励磁电路一般采用分频芯片对工频电源进行降频处理, 再经过开关管进行功率放大, 此种电路难以针对梯形波的斜边进行线性放大, 而且励磁频率单一, 不能通过软件编程修改励磁频率.. 因此, 本系统采用三值梯形波励磁方式..31 ..采用16位D/A 转换芯片DAc 7731
通过电平转换芯片SN 74 A HC 24 5 与M SP 43 0F 14 9 单片机的U SA RT通信模块相连的方式产生励磁信号.. 此励磁信号产生电路, 通过M SP43 OF 149 单片机的定时器进行分频, 可软件编程修改励磁频率, 为电磁流量计选择不同的励磁频率提供了更大的方便.. 功率放大电路部分, 采用互补对称式功率放大电路..通过运算放大器对励磁信号电压放大, 两级互补对称功率放大电路对励磁信号电流放大, 之后输入电磁流量计励磁线圈, 作为励磁电压..此电路可线性放大梯形波斜边部分, 满足了梯形波励磁方式的要求..
2.3 信号处理电路
信号处理电路采用四象限高速高精度乘法器芯片A D835AN 来实现线圈内的励磁电流信号与两电极输出流量信号相乘, A D835 具有很高的差分输入阻抗, 不需外接阻抗变换电路.. 乘法器输出信号经过放大与电平的提升, 再先后经过高低通滤波器后进入单片机进行A/D 转换..高低通滤波器截止频率分别为0.3 Hz 和26 Hz ..
2 .4 单片机系统
本测量系统采用T l公司的M S P4 30 F 14 9 单片机作为M CU , 与晶振输入模块.. 复位电路.. LCD 显示模块.. 键盘模块和M i ..ro ch iP 公司的P 工C 18 F4 520 共同构成单片机系统.. 两个CP U之间通过三极管电路实现串口通信..系统的键盘模块采用独立按键式键盘.. 由3个独立按键分别与3 只上拉电阻共同和MSP 43O 的PI .1 .. Pl .2和Pl .3相连, 并将这三个端口设置为上升沿中断使能的方式, 利用中断处理程序来判断键盘输入..
2.5 PRO F IBU S刃P通信接口
PROF IBUS一DP通信接口开发中使用P IC 18 F4520作为处理器单元管理通信事务, SPC3 协议芯片则完成数据的转换和收发功能[4 ] ..P IC 18 F4520 与SPC 3之间的连接如图2 所示[5] ..SP C3 接成使用In tel 芯片并工作于同步模式, 此时片选信号输入引脚XCS 不起作用, 接高电平; 地址锁存信号A LE 起作用, 接处理器RB3 , SPC 3内部地址锁存器和解码电路工作..C PU 与SPC 3通过SP C 3的双口RA M 交换数据, SPC 3 的双口RA M 应在CPU 地址空间统一分配地址, CP U 把这片RA M 当作自己的外部RAM ..CPU 采用RD和RB 口扩展外部存储器, RD 口作为数据线和低8位地址线, R以.. RB I .. R BZ 作为ABS 一AB 10 地址线接AB O一AB Z ..SPC3 的AB 3一AB 10 接地.. 能端..RXD和TXD 分别为串行接收和发送端口.. 为提高系统的抗干扰性, SPC 3 内部线路必须与物理接口在电气上隔离, 此处采用速率可达2 5 M b / S 的HC PL772 1高速光祸, 收发器采用SN 75A LS 176 , 足以满足本系统的应用..
3 系统软件设计
3.1 主处理器软件
本系统主处理器统软件采用T1 公司的4 30 单片机软件开发工具一IA R 助bedded Wo rk bench作为终端软件的开发平台, 编程语言采用C4 30 ..TI 公司的430 单片机软件开发工具专门用于430 单片机以实现嵌入式应用开发.. 包含以下实用工具: 具有语法表现能力的文本编辑器.. 编译器.. 汇编器.. 连接器.. 函数库管理器.. 实现操作自动化的M ake工具和内嵌C语言级与汇编级的调试器C一SPY .. 主处理器软件主要由主程序.. 键盘菜单处理.. 定时器中断.. 三值梯形波励磁信号产生.. A/D 采样.. LCD 显示.. 串口通信等部分组成.. 主程序流程图如图3所示.. C L K 川沁叹O X W R C L K 叉..S R EI瓜限XR D 闪[C 幻E } } 犯沁吓口..X 几N T R D 7_ O 一.. 尸了X D R C7 护R X RB I 铸一O B 7. .0 R B Z 月入R T S R C 石口T X R妇闷丫V 人B . R B 3 ^ 哭八B Z R X D R ..习A 妇旧PICI邢F刁5加遗八LE 人BIOJ X C 怡,R E S E T X 困沉口以O T S代3 ! l ! . 图3 系统主程序流程图图4 PR OF IB US一OP通信接口主程序流程图3 2 PR OF IBUS一P通信接口PROF IBU S一DP 接口中的SP C3集成了完整的PROF IBU SD P协议, 因此P IC 18F4520 不用参与处理PROF IBUS一DP 状态机..PI C 18F4 520 的主要任务就是上电后先根据MSP 430 的初始化数据对SPC 3进行初始化, 初始化成功后根据SPC 3 产生的中断, 对SP C3接收到的.. 主站发出的输出数据转存, 组织要通过SP C3 发给主站的数据, 并根据要求组织外部诊断等.. 整个程序采用了结构化.. 模块化的方法, 包括四个部分: 主程序一包括了初始化.. 数据输入输出和诊断模块; 中断模块一包括了参数分配和配置模块; 子程序模块一包括对缓冲区的组织和分配: 程序的头文件一包括程序的宏和变量定义..PROFI BU S一DP 通信接口主程序流程图见图4所示.. 图2 PR OF IBU S一DP 接口电路S PC3 与收发器连接时用于串行通信的四个引脚分别为XCT S .. RT S .. TXD和Rx D ..XCTS 是SPC3 的清除发送输入信号引脚, 表示允许SPC 3发送数据, 低电平有效, 这里始终接低电平..RTS 为SPC3请求发送信号接收发器的输出使
4 结束语
本文介绍的.. 带PROFIBUS一DP接口的智能电磁流量计, 采用双核技术, 简化了硬件电路和软件资源的分配, 设计相对独立, 程序的修改和移植更容易, 提高了系统的性价比, 降低了功耗..用带S工E ME Ns 公司cP56 n 卡的工控机作为上位机对智能氧量分析仪的通信功能进行测试的通信速率, 可达12 Mb /s, 通信速率设为1 肠/ s时数据传输稳定可靠..该系统为实现现场总线仪表的自主开发提供了重要借鉴, 具有广阔的应用前景
参考文献..l] 韩兵, 火长跃. 现场总线仪表..M ... 北京: 化学工业出版社, 2 0 7. ..2 .. 秦龙. MSP430单片机应用系统开发典型实例..M]. 北京: 中国电力出版社, 2 0 5. ..3] 徐辰, 张宏建等. 基于M SP 43 0单片机的电磁流量计的设计..J ...工业控制计算机, 2 00 5 , (6) : 66一6 7. [4 .. 孙鹤旭, 梁涛, 云利军. Pr of ib us现场总线控制系统的设计和开发..M ].北京: 国防工业出版社, 2 00 7. ..5] 刘和平等.P IC1 8F X XX单片机原理及接口程序设计..M ... 北京: 北京航空航天大学出版社, 2 00 4. --扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：
仪表网 设计制作，未经允许翻录必究 .
请输入账号
请输入密码
请输验证码
请输入你感兴趣的产品
请简单描述您的需求
请选择省份