基于TMS320F2812的智能變送器的設計

　　在工業(yè)應用中常使用傳感器測量參數，但傳感器信號一般較弱，并不適合遠距離傳輸，而且非線(xiàn)性效果不理想，達不到較高的精度需求。本文將DSP和eCAN(增強型控制器局域網(wǎng))總線(xiàn)技術(shù)應用于智能變送器中，以TMS320F2812為核心控制器，將數據通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行可靠通信，設計一種高精度智能變送器。

　　1 系統組成

　　基于eCAN現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的智能變送器由上位機和智能測控節點(diǎn)構成。位于監控現場(chǎng)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(xiàn)通信適配卡，使上位機具有總線(xiàn)通信功能；而位于工業(yè)現場(chǎng)的多個(gè)智能測控節點(diǎn)采集現場(chǎng)數據。直接面向生產(chǎn)過(guò)程。圖l為系統組成框圖。

　　2 eCAN智能變送節點(diǎn)的硬件設計

　　智能變送器節點(diǎn)具有現場(chǎng)數據采集、控制以及與CAN總線(xiàn)通信功能。節點(diǎn)是以TMS320F2812型DSP為核心，利用其內部集成的eCAN模塊進(jìn)行通信。其硬件電路由4部分組成：?jiǎn)纹瑱C微控制器電路、數據采集電路、通信接口電路以及現場(chǎng)監控電路。其主要應用電路如圖2所示。

　　TMS320F2812通過(guò)SPI串行接口與MAXl400連接，數據經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)光電隔離和電源隔離實(shí)現CPU單元的隔離保護，提高通信過(guò)程的抗干擾能力。

　　2．1 單片機微控器

　　本裝置的核心器件為T(mén)MS320F2812。TMS320F2812 DSP內部集成有eCAN模塊，完全兼容CAN2．0B協(xié)議，是TI公司新一代32位內部結構的高級CAN控制器。該器件還集成有多種先進(jìn)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)和系統的處理能力(最高達到150 MI／s)。該系列器件還集成有128 KB的Flash存儲器，4KB的引導ROM，數學(xué)運算表及2 KB的0TPROM，從而大大改善應用的靈活性。

　　2．2 數據采集

　　傳感器模塊是實(shí)現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(jìn)行數據采集或對其進(jìn)行參數設置。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。為了方便后續處理，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)還需要將信號線(xiàn)性化。本裝置可以直接與現場(chǎng)各種傳感器連接，然后通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)與上位機雙向數據傳輸。

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

　　在模數轉換方面，不采用TMS320F2812內部A／D轉換器，需要一個(gè)增益可調的儀表放大器和一個(gè)分辨率至少在14位A／D轉換器實(shí)現對傳感器信號的放大和模數轉換，這樣才能達到智能變送器的高精度、自動(dòng)調節量程、大量程的設計要求。對于任何智能變送器，還需要對各種傳感器進(jìn)行采樣，從而對各種傳感器對現場(chǎng)數據測量值進(jìn)行補償，提高全范圍的測量精度。這樣，還需要一個(gè)多路轉換器實(shí)現通道間的切換。如果選用分立元件，必然會(huì )引入相當大的功耗。這里用MAXl400器件。該器件為低功耗、多通道、帶SPI同步串行口的∑／△、分辨率達18位的A／D轉換器。

　　2．3 通信接口

　　TMS320F2812內部集成有eCAN，可以方便的接入到CAN總線(xiàn)系統中。因此，在設計中不必外加CAN控制器實(shí)現CAN總線(xiàn)底層協(xié)議，外部只需連接CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器即可實(shí)現CAN接口。

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

　　因為DSP是+3．3 V供電，而SN65HVD230內部的比較器需要5 V供電，所以在接收端連接有R2和R3實(shí)現電平轉換。

　　2．4 現場(chǎng)監控電路

　　該電路主要顯示節點(diǎn)的工作狀態(tài)和被控對象的測量值，并根據設置對被控對象進(jìn)行控制，該電路是由液晶顯示器、輸出驅動(dòng)器件等組成。

　　3 系統軟件設計

　　系統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(kāi)發(fā)環(huán)境中使用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。CCS是TI公司提高的功能強大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，可提供環(huán)境配置、源文件編輯、程序調試、跟蹤和分析等工具，在軟件環(huán)境下完成編輯、編譯鏈接、調試和數據分析等工作。

　　3．1 主程序

　　智能變送器的main函數軟件代碼如下：

　　3．2 A／D轉換模塊軟件設計

　　在對MAXl400進(jìn)行操作時(shí)，首先應對其初始化。若不初始化，而直接讀取A／D轉換的數據，MAXl400將按其內部各寄存器上電復位時(shí)的缺省值進(jìn)行轉換。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(gè)引腳的狀態(tài)，從而實(shí)現對它的操作，MAXl400的讀寫(xiě)按照嚴格的時(shí)序進(jìn)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轉換器采集后的數據進(jìn)行處理的過(guò)程。當SPISTS．SPINTFLAG=1時(shí)，CPU將SPIRXBUF中的值存儲到Sci_VarRx[i]數組中，MAXl400是18位，而TMS320F2812為16位處理器。所以每一個(gè)采樣值要占2個(gè)存儲空間。測量結果濾波采用中位值平均濾波法，即每個(gè)測量值采樣10次，去除最大值和最小值，其余8個(gè)值取算術(shù)平均值。

　　3．3 eCAN通信模塊軟件設計

　　在使用eCAN模塊之前首先必須對其內部寄存器進(jìn)行初始化設置。InitECan()包括：1)為正確配置2個(gè)引腳CANTX和CANRX，因為這兩個(gè)I／O口均為復用口。2)初始化位定時(shí)器，位定時(shí)器CANBTC包括CAN控制器的通訊波特率預分頻器BRP、同步跳轉寬度SJW、采樣次數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、控制域以及對相應的郵箱賦初值。

　　4 結束語(yǔ)

　　以TMS320F2812和MAXl400為核心、基于eCAN技術(shù)的智能變送器，集轉換、計算、通信等功能于一體，具有高精度、體積小、功耗低的特點(diǎn)。將數據經(jīng)eCAN總線(xiàn)傳輸至上位機，提高了工業(yè)儀器的可靠性及靈活性，為工業(yè)現場(chǎng)的集中控制提供了較好的硬件平臺。