【正文】 由生產(chǎn)廠商固化好的存儲空間，其內(nèi)部固化了芯片對應的bootloader程序，通過bootmode信號既可選擇boot方式。TMS32OF28335包含兩個單周期快速訪問的存儲器M0和Ml，每個空間的長度都是1K字。除此之外，TMS320F28335還提供了外部并行總線擴展接口(XINTF)，有利于總線和外設(shè)的擴展，使片外尋址與片內(nèi)尋址統(tǒng)一，方便開發(fā)大規(guī)模復雜系統(tǒng)。它的處理速度可以達到150MIPS，該處理器集成了256KB的Flash存儲器和128位的密碼保護機制，從而大大改善了應用的靈活性。這里設(shè)計使用的是單信號。而芯片的數(shù)字通信采用SPI的方式。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖314所示圖314 LTC1867功能框圖如圖所示，CHOCH7為模擬輸入管腳，其中CH7/COM可以作為一個單一的通道或者作為一個公共的負端輸入管腳。圖313 AD536A功能框圖LTC1867[29]是一款8通道的16bitA/D轉(zhuǎn)換器，其采樣率最高可到2OOksps，信噪比可達89dB。它所具有的振幅因素補償能力，可以使振幅因素在達到7時還能保持1%的測量誤差。后級為高精度A/D轉(zhuǎn)換，選用了凌特公司的 LTC1867芯片。 A/D變換部分A/D變換模塊在模數(shù)混合電路中是連接模擬和數(shù)字的橋梁，AD芯片是數(shù)據(jù)采集卡中的核心部分，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作性能與采集數(shù)據(jù)的準確性。本設(shè)計中 LTC1066配置為橢圓濾波器，即第8腳接V+。為了防止信號混疊現(xiàn)象，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常常加入抗混疊濾波電路。信號放大電路結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3—11所示?；诖朔矫婵紤]，每塊數(shù)據(jù)采集卡中的信號調(diào)理電路中都加入了程控放大電路，它可以根據(jù)用戶的實際需要與振動信號幅值進行設(shè)置，能夠方便地調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。LFPLFPLFP3與LFPLFPLFP0這兩組控制引腳為2個多路模擬開關(guān)的通道選擇信號，用于選擇使用的低通濾波器截止頻率。信號調(diào)理電路中低通濾波部分選用了可由用戶配置的巴特沃斯低通濾波器。當AVDAVD2為00時，信號調(diào)理中不使用高通濾波器。波形值路徑調(diào)理模塊設(shè)計:(l)高/低通濾波電路:在波形值路徑中，用戶可根據(jù)需求選擇不使用高通濾波器、使用二階高通濾波與使用四階高通濾波等效果，各濾波器的濾波截止頻率也各不相同。因為該電路僅在某一有限頻率范圍內(nèi)近似一個積分器的特性，所有稱它為有損耗積分器。因此就稱為直流增益。令1/Z2=(R2Cs+l)/R2，給出H(s)=Z2/R1，或者H(s)=R2/(R2Cs+l)R1，指出一個實數(shù)極點在s=1/R2C。由于在低頻域|Zc|遠大于R而具有極高的增益，它將趨于飽和，實際上這正是由于所謂的運算放大器的輸入失調(diào)誤差引起的。隨著充電過程的延續(xù)，電容電壓增高，充電電流減小，輸出電壓就越來越偏離理想積分器的響應特性。低通濾波部分如圖39所示圖38高通濾波電路圖39低通濾波電路(3)積分電路:積分電路是使輸出電壓與輸入電壓的時間積分值成比例的電路。而有源濾波器是通過運算則可以有效地消除以上不足，得到了廣泛的應用，但有源濾波器較無源濾波器有著較大的噪聲。(2)高/低通濾波電路:在數(shù)據(jù)采集過程中，被測信號中經(jīng)常會混有高頻或低頻干擾信號，對有用信號造成干擾，進而影響到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度。圖36包含了振動加速度傳感器的供電電路。這部分調(diào)理電路較為簡單，主要包括信號去直流分量、信號增益與信號保護電路三部分。由傳感器發(fā)出的信號通用要經(jīng)過信號調(diào)理后才能由A/D芯片進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，較為常用的模擬信號調(diào)理電路主要包括信號激勵、隔離、放大、濾波、線性化等等。除此之外，它的連接電纜也不會很長，過長的電纜線會使電荷量出現(xiàn)較大衰減。為了便于應用，在壓電元件輸出和測量電路之間配接了一個放大器，起作用是把壓電元件微弱的信號放大。其中Q是壓電元件受力產(chǎn)生的電荷，兩電極板之間有點位差U0。常見的壓電材料可分為兩類，即壓電單晶體和多晶體壓電陶瓷。反過來，在電介質(zhì)極化方向上施加電場，其會產(chǎn)生機械形變。目前多用于加速度和動態(tài)力或壓力的測量。圖34 節(jié)點結(jié)構(gòu)圖 信號采集電路部分本系統(tǒng)主要用于工業(yè)現(xiàn)場大型機泵及電機設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，被測量主要為被測對象的機械振動特性，如被測對象的振動頻率、振幅、相位等，傳感器則是用于將這些被測物理量轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)可以采集到的電信號，因此傳感器的信號是否準確以及信號調(diào)理是否得當直接關(guān)系到了數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析的準確性。設(shè)備的狀態(tài)值經(jīng)由振動傳感器測量后進入信號調(diào)理電路模塊進行前端的信號處理，這里包括了狀態(tài)值路徑和波形值路徑兩種方式的處理，可以對振動狀態(tài)進行定點或連續(xù)的實時在線檢測。TJA1040引腳5是SPLIT，這個引腳提供了VCC/2的電壓，可以將共模電壓穩(wěn)定到額定的VCC/2，所以引腳SPLIT要被連接到分離終端的中間分接頭。這里為了不引入噪聲并抑制零漂，選用凌特公司的LTC2052作為放大器運放。它們經(jīng)由單片機控制的多路開關(guān)通向有效值轉(zhuǎn)換器。放大濾波電路將信號處理后分成高頻加速度、低頻加速度、速度、位移4個測量量傳入有效值轉(zhuǎn)換。智能節(jié)點總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 本系統(tǒng)中的智能節(jié)點有單通道狀態(tài)值智能節(jié)點和多通道波形狀態(tài)值智能節(jié)點兩種。實現(xiàn)兩大基本功能:通信和I/O口管理。主控機是系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的匯總、分析、存儲備份的部分，我們在主控機上就可以檢測到每個節(jié)點的運行狀態(tài)，還可以根據(jù)數(shù)據(jù)的波動情況預測設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，這樣有利于提前發(fā)現(xiàn)隱患，確保安全生產(chǎn)。在對比國際標準組織的開放系統(tǒng)互連(ISO/OSI)模型的七層結(jié)構(gòu)的同時，介紹了CAN總線的技術(shù)規(guī)范，更深入的了解了CAN總線的通信過程。.2)數(shù)據(jù)鏈路層按照 ，數(shù)據(jù)鏈路層又可劃分為邏輯鏈路控制(LLC— Logic Link Control)與媒體訪問控制(MAC—Medium Access Control)兩個部分。 CAN總線技術(shù)規(guī)范國際標準組織的開放系統(tǒng)互連(ISO/OSI)模型將各種協(xié)議分為七層，自下而上依次為:物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳送層、會話層、表達層、應用層[23]。當信息遭到破壞后能重發(fā)，節(jié)點錯誤情況下可以自動退出總線。連接—CAN串行通信鏈路是一條眾多單元均可以被連接的總線，理論上，單元數(shù)目是無限的，實際上，單元總數(shù)受限于延遲時間和總線的電器負載。出錯標注和恢復時間—已損報文由檢驗出錯誤的節(jié)點進行標注。仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位電平與總線上檢測到得電平進行比較，若相同則該單元可繼續(xù)發(fā)送。多主站—當總線開放時，任何單元均可發(fā)送報文，發(fā)送具有最高優(yōu)先權(quán)報文的單元會贏的總線的訪問權(quán)。數(shù)據(jù)相容性—在CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可以確保報文同時被所有節(jié)點或者沒有節(jié)點接收，因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相容性是借助于成組和出錯處理達到的。信息路由—在CAN系統(tǒng)中，一個CAN節(jié)點不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息。 。CAN總線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計參照CAN總線通信協(xié)議，介紹了智能節(jié)點的下位機軟件設(shè)計，根據(jù)實際的通信需要，重定義了部分的通信協(xié)議，增強了系統(tǒng)的安全性。近年來，現(xiàn)場總線標準及其技術(shù)己經(jīng)逐漸成為全世界自動控制領(lǐng)域關(guān)注的一個焦點，是當今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。另外，用戶可極其方便地共享數(shù)據(jù)庫。(7)統(tǒng)一組態(tài):由于現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表都引入了功能塊的概念，所有廠商都使用相同的功能塊，并統(tǒng)一組態(tài)方法。即使某臺儀表故障，換上其它品牌的同類儀表照常工作，實現(xiàn)“即插即用”。如果增加現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表，只需并行掛接到電纜上，無需架設(shè)新的電纜?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)(如DCS)結(jié)構(gòu)對比如圖11所示。[14]現(xiàn)場總線打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式?，F(xiàn)場總線也不例外。調(diào)節(jié)閥的羈絆功能是信號驅(qū)動和執(zhí)行，還內(nèi)含輸出特性補償模塊，也可以有PID控制和運算模塊，甚至有閥門特性自檢驗和自診斷功能?，F(xiàn)場設(shè)備互連是基本的要求，只有實現(xiàn)互操作性，用戶才能自由地集成FCS?，F(xiàn)場設(shè)備和現(xiàn)場儀表種類繁多，沒有任何一家制造商可以提供一個工廠所需的全部現(xiàn)場總線設(shè)備，所以，互相連接不同制造商的產(chǎn)品是不可避免的。在經(jīng)過長15年的爭論之后，終于在2000年形成了一個由8個部分組成的IEC61158國際標準。到了1987年，美國Foxboro公司發(fā)表了I/A智能式自動控制系統(tǒng)，在其系統(tǒng)中實現(xiàn)了全數(shù)字通信。 現(xiàn)場總線簡介[]傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用一對一的物理連接，而現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是繼基式儀表控制系統(tǒng)、電動氣動單元組合儀表模擬控制系統(tǒng)、世界數(shù)字控制系統(tǒng)DDC、集散控制系統(tǒng)DCS之后的新一代智能控制系統(tǒng)。 DSP。第三部分為系統(tǒng)軟件的設(shè)計，著重介紹了智能節(jié)點的下位機軟件流程，通過對于CAN總線通信協(xié)議的介紹，改進得出一個適合于本系統(tǒng)使用的新的CAN通信協(xié)議。因而CAN總線應用產(chǎn)品在很多領(lǐng)域中不斷出現(xiàn)，基于CAN總線的振動傳感器正是其中的一種，組網(wǎng)后的傳感器能夠很好的完成大型裝置的在線監(jiān)測，為企業(yè)的安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，由于采用了許多新技術(shù)以及獨特的設(shè)計，與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的性能。第二部分中詳細闡述了單通道智能節(jié)點和多通道波形值智能節(jié)點的硬件設(shè)計，當中主要介紹了各個智能節(jié)點硬件電路中的調(diào)理模塊、A/D模塊、主控模塊以及通信模塊的設(shè)計方案，給出了整個網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架。 CANbus。現(xiàn)場總線技術(shù)是用于現(xiàn)場儀表控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多點、多站的串行通信技術(shù)，被譽為自動化領(lǐng)域的局域網(wǎng)，他是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的集成。在此基礎(chǔ)上，美國Rosemount公司開發(fā)出了自己的HART數(shù)字通信協(xié)議。在此期間其他一些國際標準化機構(gòu)或公司也開始了這項工作，其中有著名的ISA(美國儀器協(xié)會)和 IEEEP18。但現(xiàn)場總線的本質(zhì)主要表現(xiàn)在以下6個方面[]:用于過程以及制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備和現(xiàn)場儀表的互連的通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表是指傳感器、變送器和執(zhí)行器等，這些設(shè)備通過一對傳輸線互連，傳輸線可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖和電源線等，并可根據(jù)需要因地制宜地選擇不同類型的傳輸介質(zhì)。這些就是現(xiàn)場總線設(shè)備互操作性的含義。例如，流量變送器不僅具有流量信號變換、補償、和累加輸入模塊，而且有PID控制和運算模塊。眾所周知，化工、煉油等企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場有可燃性物質(zhì)，所有現(xiàn)場設(shè)備都必須嚴格遵循安全防爆標準。通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備和功能塊的統(tǒng)一組態(tài)，把不同廠商的網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備融為一體，構(gòu)成統(tǒng)一的FCS?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由于采用了智能現(xiàn)場設(shè)備，能夠把原先的DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現(xiàn)場設(shè)備中，加上現(xiàn)場設(shè)備具有通信能力，現(xiàn)場的測量變送儀表可以與閥門等執(zhí)行機構(gòu)直接傳送信號，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室的計算機控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(l)系統(tǒng)的開放性(2)互可操作性與互用性(3)現(xiàn)場設(shè)備的智能化育功能自治性(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性(5)對現(xiàn)場環(huán)境的適應性現(xiàn)場總線的優(yōu)點現(xiàn)場總線的產(chǎn)生使得工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、運行以及維護等都比以前有了很大的便利，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在:(l)一對N結(jié)構(gòu):一對傳輸線，N臺儀表，雙向傳輸多個信號，這使得接線簡單，工程周期短，安裝費用低。(4)互換性:用戶可以自由選擇不同制造商所提供的性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表，并將不同品牌的儀表互連。(6)分散控制:控制節(jié)點功能分散在現(xiàn)場儀表中，通過現(xiàn)場儀表就可以構(gòu)成控制回路，實現(xiàn)了徹底的分散控制，提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。這樣用戶可以自由集成不同制造商的通信網(wǎng)絡(luò)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連又可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連。當前中國經(jīng)濟正處于高速發(fā)展時期，市場潛力巨大，各大現(xiàn)場總線的主要企業(yè)均看好中國市場，并展開了激烈的競爭。因此這兩種技術(shù)的結(jié)合可以取長補短，發(fā)揮優(yōu)勢，大大提高工控系統(tǒng)的性能本文的主要研究內(nèi)容如下:CAN總線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計設(shè)計總體方案，闡述了兩種核心監(jiān)測設(shè)備單通道智能節(jié)點和多通道波形值智能節(jié)點的硬件設(shè)計，著重介紹了節(jié)點內(nèi)部的各個功能模塊設(shè)計方案。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。當總線開放時，任何連接的單元均可開始發(fā)送一個新報文。ID并不指出報文的目的，但描述數(shù)據(jù)的含義，以便網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點有可能借助報文濾波決定該數(shù)據(jù)是否使它們激活.成組—由于采用了報文濾波，所有節(jié)點均可接收報文，并同時被相同的報文激活。遠程數(shù)據(jù)請求—通過發(fā)送一個遠程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點可以請求另一個節(jié)點發(fā)送一個相應的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀與對應的遠程幀以相同的標識符ID命名。若具有相同標識符的一個數(shù)據(jù)幀和一個遠程幀同時發(fā)送，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠程幀。檢測錯誤的措施包括:發(fā)送自檢、循環(huán)冗余校驗、位填充和報文格式檢查。故障界定—CAN節(jié)點有能力識別永久性故障和暫時擾動，可自動關(guān)閉故障節(jié)點。(2) CAN總線上的節(jié)點可以分成不同的優(yōu)先級，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，一旦發(fā)生總線沖突，能夠有效的減少總線仲裁時間。(4)CAN的每幀信息都采用CRC校驗及其它檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率低。圖21 CAN分層結(jié)構(gòu) l)物理層物理層協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)中的最低層協(xié)議，主要作用是在不同節(jié)點之間根據(jù)它們的電氣屬性進行每位的實際傳輸，它定義信號怎樣進行發(fā)送，涉及到位定時、位編碼解碼及同步的描述。本章主要介紹了CAN總線的相關(guān)知識，較為詳細的敘述了CAN總線的特點，說明了它在眾多現(xiàn)場總線中得到廣泛應用的原因。如表31所示，CAN總線傳輸?shù)木嚯x與傳輸速率有著一定得對應關(guān)系，為了達到較高的傳輸速率就不得不縮短網(wǎng)絡(luò)長度，這樣對了大型機組的測量是很不利的，CAN總線中繼器可以在傳輸達到極限距離時一對信號進行放大加強，使信號可以保持較高的傳輸速率，同時確保了系統(tǒng)實時性的要求。智能節(jié)點一方面和上位機(PC)進行通信，完成數(shù)據(jù)交換，另一方面又根據(jù)