從現(xiàn)場總線技術(shù)看電磁流量計(jì)智能卡的設(shè)計(jì)

1、從現(xiàn)場總線技術(shù)看電磁流量計(jì)智能卡的設(shè)計(jì)消息來源：北極星電技術(shù)網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2004年6月22日10:3涉及廠商：無相關(guān)廠商當(dāng)今現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展日新月異，應(yīng)用領(lǐng)域也日趨廣泛，從家庭、能源、樓宇，到工業(yè)現(xiàn)場。為了適應(yīng)市場的需要，國內(nèi)外各大公司紛紛推出新一代的各具特色的智能化流量儀表，其中結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)的智能電磁流量計(jì)的開發(fā)尤為引人注目，這是由于電磁流量計(jì)的特點(diǎn)決定的。1)在各種流量儀表中，電磁流量計(jì)涉及的智能化功能最多，智能化技術(shù)的應(yīng)用不

2、僅有利于提高電磁流量計(jì)的性能，而且易于與現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合。2)電磁流量計(jì)的用途十分廣泛，從流域治理到社區(qū)建設(shè)，特別是新興環(huán)保行業(yè)的發(fā)展，將進(jìn)一步推廣電磁流量計(jì)的應(yīng)用?，F(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢在于簡化對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控和管理，以網(wǎng)絡(luò)管理逐步取代傳統(tǒng)的分散型控制系統(tǒng)。智能化電磁流量計(jì)以其自身的智能化技術(shù)與現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合，將能極大地滿足各個(gè)領(lǐng)域?qū)ζ鋺?yīng)用的要求。目前我國在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛地總線技術(shù)有：HART通信協(xié)議基金會(huì)現(xiàn)場總線LONWKS技

3、術(shù)等，下面分別介紹智能電磁流量計(jì)與這些現(xiàn)場總線相結(jié)合時(shí)智能卡的設(shè)計(jì)。HARTHART（HighwayAddressableRemoteTransducer）協(xié)議是一種過渡性協(xié)議，它采用FSK技術(shù)，在4～20mA過程測量模擬信號(hào)上疊加了一個(gè)頻率信號(hào)，使模擬信號(hào)與數(shù)字雙向通訊能同時(shí)進(jìn)行，互不干擾。我國目前工業(yè)現(xiàn)場中4～20mA標(biāo)準(zhǔn)的模擬儀表仍大量存在，HART協(xié)議起到了承前啟后的作用，在我國得到了廣泛的應(yīng)用。1.考慮與HART協(xié)議相結(jié)合，在

4、設(shè)計(jì)電磁流量計(jì)智能卡時(shí)采用三CPU方案。CPU選用Motola公司的68HC11單片機(jī)，該種型號(hào)的芯片具有體積小、功耗低、系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單等特點(diǎn)，是所有8位單片機(jī)中功能最強(qiáng)的系列。CPU1控制AD采樣、DA轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和HART命令接口；CPU2產(chǎn)生矩形波勵(lì)磁信號(hào)和寬脈沖采樣信號(hào)（CPU2雖然任務(wù)少，功能簡單，但由于它的可靠工作是整臺(tái)儀表正常工作的保障，所以單獨(dú)用一塊單片機(jī)實(shí)現(xiàn)這些功能）；CPU3管理鍵盤操作和液晶顯示（CPU3與智能板的

5、接口可做成插拔式的，是否需要CPU3可由用戶選擇）。三塊CPU之間的通訊采用同步串行SPI方式，CPU1為主機(jī)，CPU2和CPU3為從機(jī).2.AD轉(zhuǎn)換電路采用AD7715芯片，這是一種用于低頻測量儀器的芯片，它具有16位無誤碼分辨率、良好的抗干擾性等優(yōu)點(diǎn)，可對單極輸入與雙極輸入信號(hào)進(jìn)行放大轉(zhuǎn)換。在智能卡的設(shè)計(jì)中，AD7715芯片用5V單電源供電，2.5V的雙極性信號(hào)輸入，其中串行數(shù)據(jù)的輸入腳、輸出腳和串行時(shí)鐘輸入腳直接與CPU1的SPI

6、制器、3個(gè)16位定時(shí)器、6條可編程的存儲(chǔ)器片選線、7條可編程的IO接口片選線。鑒于80188芯片的豐富資源，在設(shè)計(jì)流量計(jì)智能卡時(shí)可以將HART智能電磁流量計(jì)智能板中CPU1中的功能完全上移至FF網(wǎng)板中的Intel80188芯片中。3.AD采樣電路仍選用AD7715芯片，其數(shù)據(jù)輸入輸出線與80188的IO口線相連，DRDY數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好線與中斷線INT1相連。80188在定時(shí)器到時(shí)開中斷，當(dāng)DRDY為低電平時(shí)表示數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，中斷響應(yīng)，進(jìn)入中斷

7、采樣處理程序。原有的CPU2、CPU3仍可保留（CPU3由用戶選擇），其SPI口線可與80188的IO線相連，用模擬SPI方式通訊。因?yàn)镕F總線是全數(shù)字通訊，所以420mA電路部分可以省去。LONWKS總線總線LONWKS總線是由美國Echelon公司推出的，是眾多現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)中比較完善和優(yōu)秀的一種。LONWKS是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的總線產(chǎn)品，在美國等地已有廣泛應(yīng)用，我國已有很多成功的應(yīng)用實(shí)例，結(jié)合Echelon公司的OEM合作方式，LONW

8、KS總線技術(shù)在我國將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景，因此將該技術(shù)應(yīng)用在智能電磁流量計(jì)中也是十分必要的。LONWKS現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)局部操作網(wǎng)絡(luò)，為集散式監(jiān)控系統(tǒng)提供了很強(qiáng)的實(shí)現(xiàn)手段。由于在系統(tǒng)中使用了路由器，使網(wǎng)絡(luò)可不受通訊介質(zhì)、通訊距離、通訊速率的限制。智能電磁流量計(jì)與LONWKS技術(shù)相結(jié)合，不僅方便了用戶，而且擴(kuò)大了電磁流量計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域。在LONWKS總線中每一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備稱為節(jié)點(diǎn)，一個(gè)典型的現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)主要包含以下幾部分功能塊：應(yīng)用CPU、

9、IO處理單元、通訊處理器、收發(fā)器和電源。LONWKS技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片，它是節(jié)點(diǎn)的通訊協(xié)處理器，用以協(xié)調(diào)主機(jī)與節(jié)點(diǎn)之間的通訊與控制，以及各節(jié)點(diǎn)之間彼此的信息溝通。因?yàn)樯窠?jīng)元芯片主要是利用高級(jí)主機(jī)的資源來完成復(fù)雜的測控功能，其外圍電路簡單、體積小，可做成插拔式的與儀表通訊卡接口。這樣在設(shè)計(jì)電路時(shí)既保持了儀表通訊卡的通用性，又提高了抗干擾能力，使得儀表在網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)仍可獨(dú)立完成監(jiān)測與控制功能。一個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示?，F(xiàn)場總線技術(shù)的