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高性能无纸记录仪的研制流程与方案-波克捕鱼下载

更新时间: 作者:绍兴中仪 关注量:

一、概述

工业上常常必要记录温度、压力、流量等信息,常规模仿记录仪因为功能少、表现单一、必要记录笔的瑕玷,正被无纸记录仪庖代。

作为一款以微处理器为核心、集液晶汉字与图形表现为一体,具有无纸记录、实时性好、通用性好、精度高、带通讯功能的智能化仪表,其市场广阔。目前很多厂商正将目光聚焦于无纸记录仪的彩屏化、大容量存储、超大屏幕液晶表现等功能;然而对于用户来说,zui关心的是精度与可靠性、性价比等仪表的综合性能,因此研究此类题目尤为关键,绍兴中仪依据市场调查信息研制开发了高性能无纸记录仪,进步了团体性能与可靠性。

二、设计方案

高性能无纸记录仪设计方案

如下图1,来自外部传感器的模仿旌旗灯号(压力、温度、流量等)经过前端处理后进行a/d转换,经过旌旗灯号隔离后送入单片机完成数据处理,由lcd表现当前的压力、温度、瞬时流量、累积流量等信息。通过键盘操作,可在各界面之间切换,分别表现各通道的实时、历史数据及曲线、报警情况、断电情况,以及每月、日、年度的累积流量。另外,提供通信功能,可以通过和上位机通过串行口读写参数与运行数据,实现打印等信息交互。

三、硬件组成

如图1,高性能无纸记录仪由旌旗灯号采集、msp430f149(以下简称430)、液晶表现及键盘、数据存储、实时时钟、通信等模块组成。

3.1msp430f149单片机

msp430f149是具有60k闪存rom、2k ram、 6个端口、2个16位计数器、两路uart通讯端口、具有端口和计数等多种停止模式、5种省电模式的高集成单片机,分外适用于复杂仪表体系的开发。

3.2旌旗灯号采集模块

外部旌旗灯号有标准电流、电阻、mv电压、频率旌旗灯号等。当为模仿量时,为进步测量精度采用了4通道差分输入、自带仪表放大器、滤波器的16位精度、 spi接口的ad 芯片cs5523芯片,通过光耦隔离后和430进行通讯。如图2(a)、(b)、(c)分别是输入为电流、热电偶mv电压、热电阻旌旗灯号时的处理电路。其中当热电阻输入时,采用高精度双路细密电流源ref200提供,zui终接入ad 采样端的旌旗灯号u=uan -uan-=(rt 2r)i0-(r0 2r)i0=(rt-r0)i0,可见消弭了热电阻导线电阻r的影响,保证了较高的测量精度。当频率输入(如涡街流量计输出)时,采用光耦隔离后输入430的timera计数模块进行脉冲计数。

3.3液晶表现与键盘模块

高性能无纸记录仪采用3v、并口输入128*64点阵形液晶模块jm12864,实现图文的综合表现。采用2*3线接口,共6个按键,分别为前后追忆、通道、时标、确认、翻页,通过弱上拉和430的p2口相连,采用上升沿触发的体例产生停止关照430进行处理。

3.4数据存储模块

为方便保存仪表参数,了解工艺参数历史,采用了两片eeprom存储器24c512。一片用于存储通道运行数据,另一片用于分区存储密度、汉字及字符字模数据、体系参数、记录时间、掉电情况等信息,两片存储器通过弱上拉电阻并联于统一总线上。

3.5实时时钟模块

为了记录体系的掉电、当前时刻下的日、月、年累积流量,必要实时时钟旌旗灯号。这里采用通用ds1302芯片作为时钟旌旗灯号,由法拉电容作为备份电源。

四、软件设计

4.1 体系主程序及停止

如图3,主程序以检测时间间隔为主线,分别进行流量计算、实时信息记录等操作,同时处理各外部事件。如图4,停止程序检测各种停止(由timerb延续计数提供的0.5s采集准时、键盘、通讯等停止),进行需要处理后记录此信息,发送标志到主程序等待处理。

高性能无纸记录仪主程序设计

4.2 数据采集

将芯片复位,检测并设定configuration寄存器(包含转换模式、复位标志、放大器截止频率等参数),csr(channel- setup寄存器,包括内部放大器增益、数据传输速率、通道、输入电压极性等设置)后,发送启动转换饬令,等待转换完成(完成后sdo线会主动变为0)。必要细致的是在体系在高电平时读数,低电平时锁存数据,必须严酷保证体系时序,否则将引起读写错乱。

4.3 流量计算

先根据流量模型(开方、线性等)得出流量计在工业状态下的体积流量,一样平常必要转化为工业标准状态下的流量,这里根据仪表设置中的流量补偿模式(一样平常气体,、温度/压力补偿、过热蒸汽、饱和蒸汽等),查表得到密度,计算标准流量,进步精度

4.4 液晶表现

包括数据和曲线表现,是通过将响应液晶点写为1或0(亮或暗)实现的。128列*64行点阵lcd在表现时是以字节体例进行操作的,一次写入1 列8行(共8个点),因此在数据表现时,首先要将字符所对应的字模数据,以从左到右、从上到下(列序)的取模方法顺序写入表格中。在表现时查表将字模数据依次写入lcd即可。在表现曲线时,通过两点之间连折线的体例进行,其过程如图5、图6所示。

高性能无纸记录仪液晶表现研制

4.5 键盘处理

负责界面切换(流量表现、实时/历史曲线、设定模式等界面)、菜单选择、参数设置(包括通道类型、量程、切除、报警设定,流量模型及系数k设定,流量补偿模式及公式参数值设置,通信参数设置,密码设置,时间设置等)。

五、设计关键

5.1 合理的程序流程

(1)新闻机制:体系必要处理的事件较多,有各种停止,若停止处理时间过长,则会使体系不能及时进行其它处理,导致体系错误。如若将流量计算程序置入数据采集准时停止处理程序中时,偶然会使体系很难完成正常的串行通讯。在此借鉴了windows体系新闻处理机制,如4.1所述,即当体系发生外部停止时,只是进行很少的需要操作,然后将该停止作标记,由主程序余暇时检查此标志。

(2)菜单处理:将菜单按深度进行定位,体系共有三级菜单用step[3]透露表现,根据step[i]值判断当前菜单位置,加强软件的层次性。

5.2 数据存储服从

仪表要记录的通道历史数据较长,在有限的存储空间应高效行使所有存储区域。这里采用记录各通道数据占通道量程比例的体例来压缩数据,将比例限制在0-65535之间(2个字节,对应0-100%)。对于数据要求不高的场合设定采用1个字节来透露表现。经多次实验知,可有用拓展记录长度。

5.3 数据运算的速度与精度

(1)虽然430可以进行浮点运算,但运算将会消费大量资源,而且浮点数一样平常只能保留7位有用数字,因此在进行大数和小数运算时,会丢失很多有用位,使效果极不正确。笔者采用长整数记录有用数字,字符整数记录小数点位置组合表达数据的体例进行运算,有用进步了速度和精度。

(2)当外部旌旗灯号为频率输入时,应将timera配置为zui大延续计数体例,仅在计数溢出后消灭溢出标志,然后根据前后1s内两次脉冲之差(考虑是否溢出)得出脉冲数,否则可能会丢失脉冲。

(3)采集数据的正确性是影响精度的重要因素,必须保证cs5523参考电压的精度,并要求在电源稳固后采样;在进行通道切换后应把di一次转换效果抛弃,否则将会引起很大的干扰偏差。即便如此,因为电路噪声、标准电阻使用环境及接线的影响偶然还会导致采样不准,此时必要采用cs5523自身的校验体例去除失调电压,并通过软件进入校验模式,采用标准输入旌旗灯号进行标定。

5.4 体系的可靠性

采取了以下实用的措施保证可靠性:

(1)干扰重要是通过电源和外部输入引入的,为防止体系不测重起或死机,这里采用电源滤波器和光电耦合隔离的体例。

(2)采用看门狗保障体系在故障情况下主动恢复运行[。

(3)在对lcd和eeprom写入数据后,马上读出所写数据进行校验,保证数据传输精确。

(4)采用内部备份电源,掉电后主动保存所稀有据并进入休眠状况。

(5)理清程序结构,采用模块化方法进步可移植性。

5.5 体系的适应性

因为工业测量介质的多样化,介质标准密度表不尽雷同,而且随着传感器技术的赓续提高,可能出现新型热电偶或热电阻。为加强体系的天真性,在软件上预留特别的输入类型,只要将设定在厂商模式下,即可通过串口向内部eeprom写入密度或分度表数据。

五、结论

本文作者创新点:以进步体系精度、可靠性和易用性为设计核心,采用了高细密自校验的采集方案,软件上借鉴了windows的新闻机制,提出了采用整型数据代替浮点数运算等进步速度和服从的方案,并开放内部表格进步了体系的天真性。通过实验发现整机的精度可达到0.2%以上,且具有较好的人机接口、适应性和可靠性,因此应用前景广阔。

参考文献

1、胡大可.msp430系列flash型超低功耗16位单片机.北京:北京航空航天大学出版社,2001

2、朱峥.消弭涡街流量计的使用停滞.计算机测量与控制,2002,10:448-490

3、汪里迈,纪纲.蒸汽流量测量中的温压补偿实施方案.石油化工主动化.1998,3:39-42

4、张军,彭宜戈.嵌入式体系抗干扰技术.微计算机信息,2006,05-2:17-18

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