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CAN总线型智能涡轮流量计数据联网系统设计模块
发布日期:2019/9/16 11:29:34
CAN总线型智能涡轮流量计的设计
1.智能流量计硬件设计
系统硬件可分为流量信号采集、压力信号采集、温度信号采集、CAN通信接口、键盘与显示等5大模块,见图1。硬件电路以单片机SIU8CS2RID为核心进行外部接口扩展设计。由于SIO8CRD为增强型51系列单片机,内部集成 EEPROV、看门狗和电源监控复位电路等功能模块,特别适合于工控领域应用
1,1流量信号采集模块
智能流量计采用涡轮流量计作为传感检测装置,测量的为体积流量,输出为与流速成正比的脉冲信号。此信号比较微弱,要与单片机进行接口实现流量信号的采集,必须要进行信号的处理与转换。图2为流量信号检测电路。涡轮流量计输出的微弱电压信号先进行低通滤波,去除干扰,再进行适当的
放大,最后通过比较电路转换成具有正负极性的方波信号送入单片机的PB.5(T1)端,实现频率计数,采集到流量信号。为了获取准确的质量流量,必须要在体积流量基础上,实时进行气体密度的测量,而要得到它就要对压力与温度进行实时测量,然后通过单片机计算处理得出气体密度,实现温压补偿 
1.2压力信号采集模块
系统中压力信号的检测选用压阻式半导体压力传感器,其接口为两输入端口和两输出端口,输出信号为与压力成比例的微小电压。图3为压力信号处理电路原理图,恒流源IMB4为压力传感器提供恒定的电流。AD620为差动式仪表放大器,具有高差模增益、高共模抑制比及低输出漂移等特性,特别适合对压力传感器微小信号的放大处理,只需外部的电位器VR1就可实现增益的调节。
经过处理的信号必须进行D转换才能送入单片机。图4为信号的采集接口电路,12位的MD转换器ADI674在单片机控制下,通过模拟开关的配合实现压力和温度信号的采集。
 
1.3温度信号采集模块
温度的测量采用P100铂电阻温度传感器,其信号检测电路如图5所示,P100两端的电压值是温度的函数。IM334对PI00和电位器VR2提供恒定电流,LM258实现P100两端的电
压取样与放大,输出的电压送入仪表放大器A620进行差动放大,电位器VR3实现增益的调节,输出信号送入信号采集接口电路实现AD转换。
1.4CAN通信接口模块
CAN通信接口硬件电路如图6所示。CAN通信接口模块使用CAN总线控制器SJA1000和驱动器PCA820250
为了保证SIA1000与SI089052RD之间时钟同步,SJA1000的可编程 CLKOUT时钟输出信号作为单片机的时钟输入。单片机通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。高速光电耦合器6N137为CAN控制器与820250之间建立光电隔离,以实现总线上各节点间的电气隔离。820250的CANH和CANL引脚各通过1个5电阻与CAN总线相连,电阻可起到一定限流作用,保护820250免受过流冲击。CANH和CANL与地之间并联了2个30pF的小电容,起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。在2根CAN总线输入与地之间分别接了一个防雷击管,当两输入端与地之间出现瞬变干扰时,通过防雷击管的放电可起到一定的保护作用
1.5现场人机变互模块
现场人机交互模块包括键盘输入与ICD显示部分接口设计。键盘输入模块主要用于仪表和CAN总线节点地址等系统参数的设置;ICD显示模块主要用于现场各种测量数据的显示。

CAN总线型智能涡轮流量计数据联网系统设计模块
2.智能流量计软件设计
智能流量计软件设计采用了事件驱动和模块化的编程思想,通过主程序对几个关键标志位进行不断查询,根据具体情况调用相应的子程序,实现数据的采集、计算与通信的功能。主要的子程序为:初始化子程序用于对系统IO口、定时/计数器、SIA1000及液晶显示等的初始化工作;定时器T0中断
服务子程序用于对流量检测信号进行频率计数采集;AD转换
子程序用于对AD1674的控制实现压力与温度信号采集;计算子程序根据采集到的流量、压力与温度信号实现质量流量的实时计算功能;外部中断0服务子程序用于中断接收CAN网络数据;数据传送子程序实现流量等数据的CAN网络上传。
 
3.结语
以SIC8952RD单片机为核心,用涡轮流量计、压力和温度传感器、CAN总线控制器等设计了CAN总线型智能涡轮流量计。该流量计不仅能通过温压补偿实现对现场气体流量的准确计量与显示,而且能方便地与CAN总线网络进行挂接,实现基于CAN总线的远程监测。这种CAN总线型智能涡轮流量计的开发,适合工业生产测控领域的现状,对CAN现场总线的厂泛应用具有推动作用。
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