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智能电磁流量计的主要功能和设计思路
发布日期:2017-5-15 14:32:52
智能电磁流量计的主要功能和设计思路
(1)智能电磁流量计转换器的主要功能:
    1)A/D采样,每隔1/12s采样一次;
    2)D/A转换,输出4~20mA电流;
    3)产生电磁流量计必需的2路相位相反、频率相同的励磁方波信号,要求频率为30、60Hz两种;
    4)产生对2路励磁方波信号高电平接近下降沿的20ms脉冲采样信号;
    5)液晶显示,显示流量结果、检测状态(空/满管状态、正/反流量)、设置参数和自诊断结果等;
    6)键盘管理,设置3个按键,对键盘动作进行处理;
    7)脉冲量输出,将流量结果转换成0~1000Hz范围内的脉冲信号输出;
    8)兼容HART协议,对手持式通信器发出的命令作出反应;
    9)流量状态检测/输出,检测管道为空管或满管,流量方向为正向或反向,并输出相应的开关量等。
    (2)设计思路及功能的实现
    根据工作条件,选择Motorola公司M68HC11系列的单片机设计智能化方案。M68HC11系列以功能强、速度高著称,是功能最强的8位单片机。它与其他系列单片机最大的区别在于其具有4种工作方式:正常单片方式、正常扩展方式、特殊自引导方式及特殊测试方式。对于开发仪表,Motorola公司推荐使用正常单片方式。单片机处于正常单片方式时对外不提供地址线和数据线。由于内部带有相当可观的RAM和ROM,通常不需要外接存储器,并且具备相当多的并行I/O口及高速的同步串行通信口和异步串行通信口。采用M68HC11系列开发仪表,相对来说,能大大简化系统设计,减小系统体积,接口简单,便于调试。
    由于此项目对智能电磁流量计的要求很高,不仅要求具备电磁流量计的基本测量功能,液晶显示模块还要能够显示大量的信息,并且要能与HART协议兼容。随之带来的问题是功能越多,结构越复杂。由一块单片机来实现全部的功能是不太可能的。比较国外的同类产品可以发现,它们均采用了多CPU系统。因此设计了一套多CPU系统的方案。其中一片CPU作为主机,负责实现A/D采样、D/A转换、与HART通信协议的接口及开关量检测、输出功能。主机另一个重要任务是合理安排测量程序,以及如何与其他CPU的通信问题。其余CPU均作为从机。主要用于实现励磁方波信号、脉冲采样信号、液晶显示及键盘管理。显而易见,多CPU之间的数据交换是非常频繁复杂的。如何实现CPU之间的数据通信以及如何做到它们之间的协调,是所有问题中最关键的一个。
    M68HC11系列的单片机之间的通信可采用同步串行通信口SPI。采用串行通信的优点在于连接简单,传输迅速。但国内大多数产品及文献只涉及了比较简单的双CPU通信。对于多CPU的相互通信却提及甚少。SPI是Motorola单片机独有的一种功能,主要用于与外围器件通信,也可在多机系统中完成处理机之间的通信。SPI系统具有足够的灵活性,只要用法得当,考虑周密,完全可以胜任多CPU的通信问题。
    SPI使用3根线进行通信:数据入、数据出和串行时钟。包含4个引脚:MISO主机输入从机输出脚、MOSI主机输入从机输出脚、SCLK时钟脚及SS脚。单片机设置为主机方式时,SCLK信号由内部CPU总线时钟给出。单片机为从机方式时,在允许SPI系统后,SS为输入脚,它用于允许SPI从机发送数据,相当于从机的片选信号。