基于多處理器技術(shù)的渦街流量計

　　渦街流量計因其介質(zhì)適應性強、無(wú)可動(dòng)部件、結構簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在許多行業(yè)得到了廣泛應用。傳統渦街流量計采用模擬信號處理方法，抗干擾能力差，且一般采用4～20mA的模擬量輸出，因此不能滿(mǎn)足當今現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展和分布式控制系統實(shí)時(shí)性、穩定性、可靠性的要求。

　　針對渦街流量計在低流速測量和信號輸出方面存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了基于多處理器技術(shù)的帶PROFIBUS-DP接口的渦街流量計。

　　1 系統總體設計

　　系統的總體設計從抗干擾、低功耗和帶總線(xiàn)接口三個(gè)角度出發(fā)，主要分為四大部分：模擬信號預處理電路、控制及傳輸電路、數字信號處理電路和PROFIBUS-DP接口電路。系統基本結構如圖1所示?；趩纹瑱C和DSP相結合的雙核技術(shù)，可以充分發(fā)揮 MSP430強大的控制功能和DSP強大的數據處理能力，來(lái)解決渦街流量計的抗干擾問(wèn)題，提高系統的實(shí)時(shí)性和可靠性。選用同類(lèi)產(chǎn)品中超低功耗型號的DSP 和單片機，低功耗的系統外圍芯片；充分利用MSP430單片機的高集成度和DSP的HPI接口的強大功能，省去需要外接的12位A／D和用于存放DSP程序的Flash ROM，降低系統的功耗。SPC3集成了PROFIBUS-DP物理層和數據鏈路層的完整協(xié)議，為渦街流量計的總線(xiàn)接口提供了廉價(jià)的配置方案。整個(gè)系統實(shí)現簡(jiǎn)單、方便，既節約了成本，又縮小了體積。

　　2 系統硬件設計

　　2．1 模擬信號預處理電路

　　模擬信號預處理電路包括電荷放大器、差動(dòng)放大器和抗混迭濾波器。模擬信號預處理電路通過(guò)以運算放大器為主體的模擬電路對采集到的電荷信號進(jìn)行三方面的處理：通過(guò)輸入級的電荷放大器將渦街傳感器壓電檢測元件輸出的交變電荷信號轉換為電壓信號；通過(guò)差動(dòng)放大器和其它級電路的放大功能實(shí)現交變信號的幅值放大；通過(guò)抗混迭濾波器實(shí)現信號ADC(模數轉換)之前的抗混迭濾波。

　　2．2 控制及傳輸電路

　　控制及傳輸電路以超低功耗的MSP430F149單片機為核心，實(shí)現參數設置、數據采集、數據傳輸、顯示等功能。MSP430F149內部集成的12位A／D實(shí)現了高精度的實(shí)時(shí)數據采集，豐富的外部接口實(shí)現了鍵盤(pán)的操作、HPI模擬時(shí)序、LCD顯示及對外通信的功能。這種強大的控制功能是DSF嘸法替代的。

　　2．3 數字信號處理電路

　　數字信號處理電路以DSP為核心，MSP430為輔助的電路，DSP選用 TMS320C5416(簡(jiǎn)稱(chēng)5416)，它是一個(gè)工作靈活、高速、低功耗的16位定點(diǎn)通用DSP芯片，操作速率可達160MIPS，能夠完全滿(mǎn)足系統大計算量和實(shí)時(shí)性的要求。DSP的數據來(lái)源于單片機的12位A／D采集到的數據，DSP與單片機之間通過(guò)主機接口(HPI)進(jìn)行高速通信，當DSP接收到了渦街信號的數據后，采用基于DFT的頻率估計法對信號進(jìn)行數字信號處理，處理后的結果再傳回單片機。DSP與單片機的HPI接口電路的連接示意圖如圖2所示。

　　將HPI接口應用到DSP的Bootloader中，即把DSP的程序存放在單片機的Flash里(DSP中沒(méi)有程序存儲器)，在系統啟動(dòng)時(shí)，將程序通過(guò) HPI口以Bootloader的方式從單片機寫(xiě)到DSP的RAM中去，啟動(dòng)DSP，使DSP開(kāi)始正常的信號處理，這樣節省了一片用于為DSP存放程序的 FlashROM；DSP通過(guò)單片機的12位A／D采集數據，即單片機用自身的12位A／D采集數據，然后通過(guò)HPI接口把數據傳輸到DSP的RAM中， DSP再進(jìn)行數據處理，處理后的結果再傳回到單片機，從而節省了一片A／D，也降低了功耗。