Вихревой расходомер широко используется во многих отраслях промышленности благодаря своим преимуществам: высокой адаптируемости среды, отсутствию движущихся частей и простой конструкции. Традиционный вихревой расходомер использует метод обработки аналогового сигнала, который имеет плохую помехоустойчивость и обычно использует аналоговый выходной сигнал 4–20 мА. Требовать.
С целью решения проблем, существующих при измерении низкого расхода и выдаче сигнала вихревого расходомера, был разработан вихревой расходомер с интерфейсом PROFIBUS-DP на основе многопроцессорной технологии.

1 Общая конструкция системы
Общая конструкция системы в основном разделена на четыре части: схема предварительной обработки аналогового сигнала, схема управления и передачи, схема цифровой обработки сигнала и схема интерфейса PROFIBUS-DP с точки зрения защиты от помех, низкого энергопотребления и интерфейса шины. Базовая структура системы показана на рисунке 1. Двухъядерная технология, основанная на сочетании однокристального микрокомпьютера и DSP, позволяет в полной мере использовать мощную функцию управления MSP430 и мощные возможности обработки данных DSP для решения проблем. проблема защиты от помех вихревого расходомера и улучшение режима реального времени и надежности системы. В аналогичных продуктах выбраны DSP со сверхнизким энергопотреблением и однокристальный микрокомпьютер, а также выбран системный периферийный чип с низким энергопотреблением; Высокая степень интеграции однокристального микрокомпьютера MSP430 и мощные функции интерфейса HPI DSP полностью используются, устраняя необходимость во внешнем 12-битном аналого-цифровом преобразователе и пользовательском интерфейсе. Он используется для хранения флэш-ПЗУ программы DSP для снижения энергопотребления системы. SPC3 объединяет полный протокол физического уровня PROFIBUS-DP и уровня канала передачи данных, что обеспечивает недорогое решение по настройке интерфейса шины вихревого расходомера. Реализация всей системы проста и удобна, что не только экономит затраты, но и уменьшает объем.

2 Аппаратное обеспечение системы
2.1 Схема предварительной обработки аналогового сигнала
Схема предварительной обработки аналогового сигнала включает в себя усилитель заряда, дифференциальный усилитель и фильтр сглаживания. Схема предварительной обработки аналогового сигнала обрабатывает собранный сигнал заряда в трех аспектах через аналоговую схему с операционным усилителем в качестве основного блока: усилитель заряда на входном каскаде преобразует переменный сигнал заряда, выдаваемый пьезоэлектрическим элементом обнаружения вихревого датчика, в сигнал напряжения; Усиливайте амплитуду переменного сигнала с помощью функции усиления дифференциального усилителя и других каскадных схем; реализовать сглаживающую фильтрацию перед сигналом АЦП (аналогово-цифровое преобразование) через сглаживающий фильтр.
2.2 Схема управления и передачи
Схема управления и передачи использует микроконтроллер MSP430F149 со сверхнизким энергопотреблением в качестве ядра и реализует такие функции, как установка параметров, сбор данных, передача данных и отображение. 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь, встроенный в MSP430F149, обеспечивает высокоточный сбор данных в реальном времени, а богатый внешний интерфейс реализует функции работы с клавиатурой, последовательность моделирования HPI, ЖК-дисплей и внешнюю связь. Эта мощная функция управления заменена методом DSF.
2.3 Схема цифровой обработки сигнала
Схема цифровой обработки сигналов использует DSP в качестве ядра и MSP430 в качестве вспомогательной схемы. DSP выбирает TMS320C5416 (сокращенно 5416), который представляет собой 16-битный универсальный DSP-чип с фиксированной запятой, обладающий гибкой работой, высокой скоростью и низким энергопотреблением. Он может удовлетворить требования большого объема вычислений и производительности системы в реальном времени. Данные DSP поступают из данных, собранных 12-битным АЦП однокристального микрокомпьютера. Высокоскоростная связь между DSP и однокристальным микрокомпьютером осуществляется через хост-интерфейс (HPI). Когда DSP получает данные вихревого сигнала, применяется метод оценки частоты, основанный на DFT. Над сигналом выполняется цифровая обработка сигнала, а обработанный результат отправляется обратно в микроконтроллер. На рисунке 2 представлена схема подключения ЦСП и схемы интерфейса HPI однокристальной микроЭВМ.
Применить интерфейс HPI к загрузчику DSP, то есть сохранить программу DSP во Flash MCU (в DSP нет программной памяти), а при запуске системы записать программу из MCU в ОЗУ DSP через порт HPI через загрузчик. В середине процесса запустите DSP, чтобы DSP начал нормальную обработку сигнала, что сохраняет часть FlashROM, используемую для хранения программ для DSP; Затем данные передаются в ОЗУ DSP через интерфейс HPI, DSP снова обрабатывает данные, а обработанный результат отправляется обратно в микроконтроллер, тем самым экономя часть АЦП и снижая энергопотребление.
2.4 Схема интерфейса связи PROFIBO-DP
MSP430F149 — микроконтроллер без внешней шины расширения. Когда он взаимодействует с SPC3, он может выделить некоторые порты ввода-вывода в качестве интерфейса шины адреса, данных и управления SPC3 в режиме Intel. Синхронизация интерфейса реализуется программным обеспечением.

MAP430F149 управляет связью как процессорный блок, а чип протокола SPC3 выполняет преобразование данных, а также функции отправки и получения. Когда SPC3 выбирает режим чипа Intel и работает в синхронном режиме, работает внутренняя защелка адреса и схема декодирования, поэтому нижняя 8-битная адресная линия ЦП напрямую подключается к SPC3, не проходя через защелку 573 (нижняя 8-битная адресная линия Линия подключена к 8-битной адресной линии.Линия данных является линией передачи данных с разделением времени и общей линией передачи), а порт P4 мультиплексирован как A/DBUS. Старшие 8-битные адресные линии ЦП напрямую подключены к AB0-AB7 SPC3 и должны быть 00000XXX (X означает сигналы как 0, так и 1). Здесь AB3~AB10 SPC3 заземлены, а AB0~AB2 подключены к P1.6, P1.4 и P1.5 однокристального микрокомпьютера, которые используются в качестве адресных линий AB8~AB10. В это время входной контакт XCS сигнала выбора микросхемы не работает и подключен к высокому уровню; сигнал фиксации адреса ALE срабатывает и подключен к процессору P1.7. ЦП и SPC3 обмениваются данными через двухпортовое ОЗУ SPC3. Двухпортовое ОЗУ SPC3 должно равномерно распределять адреса в адресном пространстве ЦП, и ЦП рассматривает эту часть ОЗУ как свою собственную внешнюю ОЗУ.
Поскольку MSP430F149 использует низкое напряжение питания 3,3 В для подачи питания, а SPC3 использует 5 В для подачи питания, необходимо учитывать сосуществование логической системы 3 В и логической системы 5 В при разработке аппаратного обеспечения. Во избежание повреждения компонентов и потери данных здесь используются две выделенные микросхемы преобразования уровней SN74LVCC4245A, которые представляют собой двунаправленные преобразователи уровней ввода-вывода с 8-битной разрядностью; сигнал прерывания X/INT делится простым резистором. Метод подключен к P1.0.
Когда SPC3 подключен к трансиверу, для последовательной связи используются четыре контакта: XCTS, RTS, TXD и RXD. XCTS — это вывод входного сигнала, разрешающий отправку сигнала SPC3, что означает, что SPC3 разрешено отправлять данные, и низкий уровень действителен, и здесь он всегда подключен к низкому уровню. RTS — это выходной терминал разрешения запроса SPC3 на отправку передатчика приемника сигнала. RXD и TXD — это последовательные порты приема и передачи соответственно. Чтобы улучшить помехоустойчивость системы, внутренняя цепь SPC3 должна быть электрически изолирована от физического интерфейса. Здесь используется высокоскоростная оптопара HCPL7721 со скоростью до 25 Мбит/с, а в трансивере используется SN75ALS176, которого достаточно для применения этой системы.

3 Разработка системного программного обеспечения
3.1 Программное обеспечение микроконтроллерной части
Задача одночиповой компьютерной части — выполнить настройку параметров, выборку данных, загрузчик для DSP, отображение данных, передачу данных и так далее. Программа разработана в соответствии с идеей модульной конструкции и в основном разделена на четыре модуля: программа выборки данных, программа связи HPI, программа жидкокристаллического дисплея и программа удаленной передачи. Основная блок-схема программы показана на рисунке 4.
3.2 Разработка программного обеспечения части DSP
Сначала заставьте DSP работать в состоянии Bootloader режима HPI и подготовьтесь к приему программного кода, передаваемого микроконтроллером. После завершения передачи программы состояние Bootloader заканчивается, и DSP переходит в нормальную работу. Данные уличного сигнала, после получения данных, на полученных данных выполняется цифровая обработка сигнала, а результат обработки отправляется обратно в однокристальный микрокомпьютер через порт HPI. Блок-схема разработки программного обеспечения части DSP показана на рисунке 5.
3.3 Разработка программного обеспечения части SPC3
Программа модуля связи SPC3 использует структурированный и модульный подход, включающий четыре части: основная программа, модуль прерываний, модуль подпрограммы и заголовочный файл программы. Блок-схема основной программы интерфейса связи показана на рисунке 6. Инициализация SPC3 в основной программе очень важна и связана с тем, сможет ли она работать нормально. Процесс инициализации выглядит следующим образом: сбросьте сторожевой таймер, настройте SPC3 на разрешение прерываний, запишите идентификационный номер и адрес ведомого устройства, установите регистр режима, установите диагностический буфер, параметры, длину буфера конфигурации, установите длину буфера адреса и вычислите длина каждого буфера. Указатель и указатель вспомогательного буфера определяют указатель входного и выходного буфера в соответствии с длиной данных ввода и вывода.

4. Вывод
Стремясь устранить недостатки традиционного вихревого расходомера, набор маломощной цифровой вихревой системы обработки сигналов создан путем объединения мощной функции управления однокристального микрокомпьютера с мощной вычислительной мощностью DSP и его низким энергопотреблением. Снижается энергопотребление и повышается точность в полевых условиях. И разработал коммуникационный интерфейс шины PROFIBUS-DP для реализации передачи данных на большие расстояния. Кроме того, он оснащен жидкокристаллическим дисплеем, обеспечивающим дружественный человеко-машинный интерфейс. Система обеспечивает основу для независимой разработки приборов полевой шины и имеет широкие перспективы рыночного применения.