針對(duì)工業(yè)應(yīng)用中使用傳感器測(cè)量參數(shù)，傳感器信號(hào)較弱，不適合遠(yuǎn)距離傳輸，且非線性效果不理想，達(dá)不到較高要求的問題，提出一種基于TMS320F2812的智能變送器設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)以32位TMS320F2812為控制器，采用MAX1400進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理后利用TMS320F2812內(nèi)部集成的eCAN模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信。結(jié)果表明：該智能變送器的變送實(shí)際接近0.05級(jí)，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(jī)）相結(jié)構(gòu)而成的。它充分利用了微處理器的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力，可對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括對(duì)測(cè)量信號(hào)的調(diào)理（如濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換等）、數(shù)據(jù)顯示、自動(dòng)校正和自動(dòng)補(bǔ)償?shù)龋?微處理器是智能式變送器的。它不但可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使采集數(shù)據(jù)達(dá)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(wù)。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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器。這個(gè)術(shù)語有時(shí)與傳感器通用，變送器將傳感信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：0/4-20mADC,1-5VDC,0-10VDc，變送器——遵循一個(gè)物理定律（或?qū)嶒?yàn)數(shù)學(xué)模型）將物理量的變化轉(zhuǎn)化成4-20mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的裝置。變送器種類很多?？傮w來說就是由變送器發(fā)出一種信號(hào)來給二次儀表使二次儀表顯示測(cè)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(biāo)準(zhǔn)的控制信號(hào)。如：4－20mA

    基于eCAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的智能變送器由上位機(jī)和智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。位于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的上位機(jī)采用通用計(jì)算機(jī)（PC）或工控機(jī)（ICP），在ISA擴(kuò)展槽使用1塊總線通信適配卡，使上位機(jī)具有總線通信功能；而位于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。圖l為系統(tǒng)組成框圖。

    2 eCAN智能變送節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

    智能變送器節(jié)點(diǎn)具有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、控制以及與CAN總線通信功能。節(jié)點(diǎn)是以TMS320F2812型DSP為，利用其內(nèi)部集成的eCAN模塊進(jìn)行通信。其硬件電路由4部分組成：單片機(jī)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(chǎng)監(jiān)控電路。其主要應(yīng)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(shí)現(xiàn)CPU單元的隔離保護(hù)，提高通信過程的抗干擾能力。

    2.1 單片機(jī)微控器

    本裝置的器件為TMS320F2812。TMS320F2812 DSP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(jìn)的外設(shè)，為控制領(lǐng)域的應(yīng)用提供了良好的平臺(tái)。TMS320F2812型DSP提高了運(yùn)算（32位）和系統(tǒng)的處理能力（達(dá)到150 MI／s）。該系列器件還集成有128 KB的Flash存儲(chǔ)器，4KB的引導(dǎo)ROM，數(shù)學(xué)運(yùn)算表及2 KB的0TPROM，從而大大改善應(yīng)用的靈活性。

    2.2 數(shù)據(jù)采集

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

    在調(diào)試中采用半導(dǎo)體壓阻傳感器。為提高滿量程輸出，減少零點(diǎn)漂移和提高線性度，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關(guān)，同時(shí)采用雙電源供電，所以可進(jìn)一步減小對(duì)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(shè)計(jì)中不必外加CAN控制器實(shí)現(xiàn)CAN總線底層協(xié)議，外部只需連接CAN總線驅(qū)動(dòng)器即可實(shí)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(hù)總線，降低射頻干擾，實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等。6N137系列器件是高速光耦，實(shí)現(xiàn)TMS320F2812和物理總線間的光電隔離，降低由于不同節(jié)點(diǎn)的高共模電壓引起的串?dāng)_，甚至對(duì)器件的損壞，進(jìn)而提高系統(tǒng)的可靠性，其通信速率可高達(dá)10 Mbit／s，完滿足CAN總線通信需要。

    因?yàn)镈SP是+3.3 V供電，而SN65HVD230內(nèi)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(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。

    2.4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控電路

    該電路主要顯示節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)和被控對(duì)象的測(cè)量值，并根據(jù)設(shè)置對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，該電路是由液晶顯示器、輸出驅(qū)動(dòng)器件等組成。

    3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是整套裝置的重要組成部分。本裝置的軟件設(shè)計(jì)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(qiáng)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：

    3.2 A／D轉(zhuǎn)換模塊軟件設(shè)計(jì)

    在對(duì)MAXl400進(jìn)行操作時(shí)，首先應(yīng)對(duì)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(fù)位時(shí)的缺省值進(jìn)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(gè)引腳的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)它的操作，MAXl400的讀寫按照嚴(yán)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(duì)A／D轉(zhuǎn)換器采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程。當(dāng)SPISTS.SPINTFLAG=1時(shí)，CPU將SPIRXBUF中的值存儲(chǔ)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(gè)采樣值要占2個(gè)存儲(chǔ)空間。測(cè)量結(jié)果濾波采用中位值平均濾波法，即每個(gè)測(cè)量值采樣10次，去除值和值，其余8個(gè)值取算術(shù)平均值。

    3.3 eCAN通信模塊軟件設(shè)計(jì)

    在使用eCAN模塊之前首先必須對(duì)其內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置。InitECan（）包括：1）為正確配置2個(gè)引腳CANTX和CANRX，因?yàn)檫@兩個(gè)I／O口均為復(fù)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(yù)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(shè)置郵箱的標(biāo)識(shí)符、控制域以及對(duì)相應(yīng)的郵箱賦初值。

    4 結(jié)束語

    以TMS320F2812和MAXl400為、基于eCAN技術(shù)的智能變送器，集轉(zhuǎn)換、計(jì)算、通信等功能于一體，具有高、體積小、功耗低的特點(diǎn)。將數(shù)據(jù)經(jīng)eCAN總線傳輸至上位機(jī)，提高了工業(yè)儀器的可靠性及靈活性，為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的集中控制提供了較好的硬件平臺(tái)。