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电远传型易胜博平台主控单元的研究设计

来源: 天津大学 作者:申高展 發布日期:2020-04-27

       主要介绍了电远传型易胜博平台外圍電路設計,如系統電源模塊、角位移采集放大模塊、溫度壓力采集放大模塊、液晶顯示模塊等。這些模塊的功能實現都與主控有著直接或間接的聯系,因此在主控單元選型過程中,必須考慮外圍模塊的功能與要求。本章首先介紹主控單元的選型要求,然後對主控單元內部所需模塊研究設計。

 
电远传型易胜博平台主控单元选型
      根据前面章节的介绍,可以确定电远传系统的功能:利用磁阻传感器检测外磁钢的角位移,利用温度传感器检测环境温度,利用 Pt1000 测量被测介质温度,利用 HT30 测量被测介质压力,由主控单元进行 A/D 采样、软件算法处理、PWM波输出、液晶显示等,通过通讯接口实现下位机设置和流量计的标定。此外,系统还应增加掉电保护电路以提高可靠性。所以在硬件资源方面,主控单元应具有的模块有 AD 采集模块以实现对传感器放大信号的采集,定时器以实现 PWM 波的输出,通讯模块以实现上下位机的通信,Flash 模块以实现对仪表参数累计流量等的存储,大量的 I/O 端口以实现主控单元与外部模块进行信息交换等。 考虑到本课题有两种设计方案—电远传方案和低功耗方案,而低功耗方案采用的是 3.6V 的电池供电,为降低设计的复杂度,主控单元的电源电压设计为3.3V。另外考虑到低功耗方案的功耗很低—目标为 1m A,主控单元要具有低功耗功能。 
 
      目前市场上满足一般设计要求的单片机很多,但是真正能够实现低功耗功能的单片机很少,经过长期的对比与研究,本课题才非常终选择了美国 TI 公司的MSP430 系列超低功耗单片机[。
 
該系列單片機的主要特點有:
      1.  强大的处理能力,主系统时钟为 8MHz 时,指令周期仅为 125  ns;
      2.  超低功耗,因其具有灵活可控系统运行时钟,系统共有一种活动模式(AM)和五种低功耗模式(LPM0~LPM4),其中在等待模式下,耗电约 0.7μA;
      3.工业级的产品。工业级产品的稳定性好,适应性强,成本低等优点更有利于降低开发难度,缩短开发周期,节约科研成本等。 
 
4.2 电远传型易胜博平台主控单元硬件设计的总思路 
      本系统通过多级电压转换模块,将外部提供的 24V 电源转化为各个模块所需的供电源;以 MSP430F1611 单片机为主控单元,协调各功能模块实现流量信号的二次测量。图 4-1  为以 MSP430F1611 为主控单元的硬件系统示意图。
硬件系统示意图
 
      系统的工作流程为:外接+24V 电源为精密电流變送器供电,使其正常工作,向外输出+5V 的直流电源;该+5V 电源一方面给恒流源供电以保证恒流源正常工作,另一方面通过高精度的电压转换芯片将+5V 转换为+3.3V,给单片机、液晶显示模块、上下位机通信模块等供电。利用磁阻传感器检测外磁钢的角位移,利用 Pt1000 测量流体温度,利用 HT30 测量出流体压力,将它们所输出的弱电信号经运算放大器放大调理后,通过单片机的 ADC 模块采样,进入单片机内,经其计算处理后,直接通过液晶模块,显示当前的瞬时流量和累积流量,同时输出一定占空比的 PWM 波,进而转化为相应的 4~20mA 标准信号;通过 RS485 标准接口,根据拟定的通信协议实现对易胜博平台的在線標定,檢定和控制等功能;通過外擴看門狗模塊和掉電保護模塊提高系統的的穩定性。 
 

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