【正文】 而采用DSP作為具有較大數(shù)據(jù)采集量的多通道波形值智能節(jié)點(diǎn)的主控芯片。當(dāng)DSP接到斷開連接指令后，DSP將命令SJA1O00進(jìn)入監(jiān)聽模式，并重新開始采集存儲數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)中SJA1000就采用PeliCAN模式工作。，設(shè)置剛剛選定的寄存器。由于CAN總線的限制，實(shí)際上每個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)不宜超過 1000，這里就用10位ID作為源和目的節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識符，～，～，～，而 ～，幀描述各位定義如表43所示。表42 76543210字節(jié)1FFRTRXXDLC數(shù)據(jù)長度字節(jié)2報(bào)文識別碼ID28ID21字節(jié)3ID20ID13字節(jié)4ID12ID5字節(jié)5ID4ID0XXX字節(jié)6數(shù)據(jù)1字節(jié)7數(shù)據(jù)2字節(jié)8數(shù)據(jù)3字節(jié)9數(shù)據(jù)4字節(jié)10數(shù)據(jù)5字節(jié)11數(shù)據(jù)6字節(jié)12數(shù)據(jù)7字節(jié)13數(shù)據(jù)8其中字節(jié)1為幀信息。ID中的值越小，其報(bào)文的優(yōu)先級越高(也就是O比1的優(yōu)先級高)，在沖突中越容易獲得網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)，因此在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問仲裁的同時(shí)己經(jīng)開始了報(bào)文的傳輸。在“隱性”狀態(tài)下，VCAN_H和VCAN_L被固定于平均電壓電平附近，差分電平Vdiff近似為0。并且遠(yuǎn)程幀的RTR位是“隱性”的。當(dāng)接收器正確地接收到有效的報(bào)文后，接收器就會(huì)在應(yīng)答間隙 (ACKSLOT)期間(發(fā)送ACK信號)向發(fā)送器發(fā)送一個(gè)“顯性”位以示應(yīng)答。為進(jìn)行CRC計(jì)算，被除的多項(xiàng)式系數(shù)由無填充位流給定，組成這些位流的成分是:幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場(假如有)，而最低位的系數(shù)是0。這兩個(gè)保留位必須發(fā)送“顯性”位。最高的7位(～)必須不能全是“隱形”位。其結(jié)構(gòu)如圖43示。為了能與其他報(bào)文進(jìn)行總線訪問競爭，總線一旦空閑，重發(fā)送立即開始。當(dāng)測量值發(fā)現(xiàn)超出門限值后，并不立即發(fā)送預(yù)警信息，而是再次對該通道信號進(jìn)行采集，當(dāng)發(fā)現(xiàn)在連續(xù)幾次的測量中都超出門限值后，判定為設(shè)備工作不正常，中斷采集并發(fā)送預(yù)警信息。圖41 下位機(jī)程序流程圖上電初始化后，DSP檢測CAN總線上是否是上位機(jī)的傳送請求到來，如果有將存儲在外存中的數(shù)據(jù)提取出后傳送至上位機(jī)。CCS包括源代碼編輯工具、代碼調(diào)試工具、可執(zhí)行代碼生成工具和實(shí)時(shí)分析工具，并支持設(shè)計(jì)和開發(fā)的整個(gè)流程。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括智能節(jié)點(diǎn)、CAN中繼器和主控機(jī)三部分，相應(yīng)的系統(tǒng)軟件也應(yīng)該包括下位機(jī)的采集和通信程序、中繼器控制程序和上位機(jī)的接收和處理程序這三部分。表中的模擬部分的+5V和5V電壓以及數(shù)字部分的 ++，數(shù)字部分的+5V是由模擬部分的24V濾波得到的，而CAN收發(fā)器部分的+5V則是由數(shù)字部分的+5V轉(zhuǎn)換得到的。設(shè)計(jì)中使用了獨(dú)立的CAN總線控制器，卻沒有采用DSP提供的CAN模塊，主要是因?yàn)樵谇捌陂_發(fā)的單片機(jī)系統(tǒng)中，模塊化得CAN控制器使部分控制功能變得不可見，不利于協(xié)議的擴(kuò)展設(shè)計(jì)。其通過片選線XZCS6映射到DSP內(nèi)地址0x100O00～0x1fffff之間。TMS320F28335內(nèi)部集成的12bit的ADC模塊包含有16個(gè)通道，被雙通道的采樣保持分成A、B兩組。TMS320F28335還包含一塊32K*16位的單周期訪問的SRAM，這個(gè)存儲器被分成8塊，分別是LO(4K)，LI(4K)，LZ(4K)，L3(4K)，L4(4K)，LS(4K)，L6(4K)，L7(4K)，每個(gè)模塊都能被獨(dú)立訪問，并且可以被映射到程序和數(shù)據(jù)空間。其內(nèi)部集成了較大容量的SRAM，ROM以及FLASH等存儲器，TMS320F28335采用了統(tǒng)一尋址方式(程序、數(shù)據(jù)和I/O統(tǒng)一尋址)，從而提高了存儲空間的利用率，方便了程序的開發(fā)。通道選擇及功能腳定義是通過主機(jī)發(fā)送的一個(gè)7bit指令幀給定的，指令幀說明如下所示。LTC1867的8個(gè)通道可以被配置為單一輸入或者是差分輸入，其轉(zhuǎn)換方式也可設(shè)定為單極性轉(zhuǎn)換或雙極性轉(zhuǎn)換，同時(shí)它所具有的自動(dòng)休眠模式，也使系統(tǒng)能耗更低。AD536A可以選用單極或者雙極供電，其靜態(tài)電流僅為 。用戶可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的需要，在數(shù)據(jù)采集軟件中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，改變抗混疊濾波參考時(shí)鐘信號的時(shí)鐘頻率，從而改變數(shù)據(jù)采集卡中的抗混疊濾波頻率。表32 放大倍率選擇關(guān)系PGA3PGA2PGA1PGA0放大倍率00001000120010500111001002001015001101001100200110150011101000(3)抗混疊濾波:根據(jù)采樣定理可知，當(dāng)信號的最高頻率超過采集系統(tǒng)的最高采樣頻率的一半時(shí)，從采樣信號恢復(fù)而來的信號就會(huì)發(fā)生頻率混疊。加速度傳感器和電渦流傳感器得到的振動(dòng)信號的幅度會(huì)隨著設(shè)備振動(dòng)不同而不同，當(dāng)振動(dòng)不大時(shí)，其輸出電壓比較小，甚至信號僅為mV級，這些小信號非常容易受到其它信號的影響，因此必須對信號進(jìn)行放大，以便后續(xù)電路使用。AVDAVDZ為11時(shí)無效。這個(gè)辦法在輸入級不會(huì)引入任何額外失衡，因此不會(huì)使漂移等性能下降。在足夠低的頻率上有|Zc|遠(yuǎn)大于R2，與R2相比可略去Zc，因此將這個(gè)電路看作增益H=R2/R1=H0的反向放大器。實(shí)際上這個(gè)積分器在實(shí)驗(yàn)室中試驗(yàn)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它的輸出將漂移不定，直至飽和在接近某一電源電壓值即在Vi接地時(shí)都是如此。信號調(diào)理高通濾波部分結(jié)構(gòu)如圖38所示。TVS管 V101和V102是為了防止靜電信號由傳感器傳入電路板，影響電路正常工作而設(shè)計(jì)的。(l)前端信號調(diào)理電路:前端信號調(diào)理電路主要用于對傳感器的輸出信號做初步的處理，實(shí)現(xiàn)信號提取與保護(hù)的作用，為實(shí)現(xiàn)后端的信號調(diào)理功能做準(zhǔn)備。圖35 壓電元件等效電路壓電陶瓷產(chǎn)生的電荷量是一種活電壓，它并沒有驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力，而且隨著周圍環(huán)境的變化將會(huì)出現(xiàn)一定得浮動(dòng)，這對于要求精密測量的場合不是很適合。壓電元件的等效電路如圖34所示。這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。DSP處理過的數(shù)據(jù)通過CAN總線的控制器和收發(fā)器進(jìn)行封裝，封裝好的數(shù)據(jù)再由CAN總線上傳至上位主控機(jī)。STB接I/O口作為收發(fā)器的控制信號。系統(tǒng)中將對10Hz1KHz內(nèi)的信號進(jìn)行分析，其中包括10Hz兩級高通加速度、10Hz1KHz低頻加速度，10Hz1KHz低頻速度、10KHz1KHz低頻位移。為實(shí)現(xiàn)上述這些功能，正確的設(shè)計(jì)集檢測、控制、執(zhí)行和通信于一身的底層智能模塊的硬件電路就顯得至關(guān)重要。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(yīng)關(guān)系，為了達(dá)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(jī)組的測量是很不利的，CAN總線中繼器可以在傳輸達(dá)到極限距離時(shí)一對信號進(jìn)行放大加強(qiáng)，使信號可以保持較高的傳輸速率，同時(shí)確保了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。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(diǎn)之間根據(jù)它們的電氣屬性進(jìn)行每位的實(shí)際傳輸，它定義信號怎樣進(jìn)行發(fā)送，涉及到位定時(shí)、位編碼解碼及同步的描述。(2) CAN總線上的節(jié)點(diǎn)可以分成不同的優(yōu)先級，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，一旦發(fā)生總線沖突，能夠有效的減少總線仲裁時(shí)間。檢測錯(cuò)誤的措施包括:發(fā)送自檢、循環(huán)冗余校驗(yàn)、位填充和報(bào)文格式檢查。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求—通過發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請求另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀與對應(yīng)的遠(yuǎn)程幀以相同的標(biāo)識符ID命名。當(dāng)總線開放時(shí)，任何連接的單元均可開始發(fā)送一個(gè)新報(bào)文。因此這兩種技術(shù)的結(jié)合可以取長補(bǔ)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(jì)設(shè)計(jì)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(diǎn)和多通道波形值智能節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)，著重介紹了節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的各個(gè)功能模塊設(shè)計(jì)方案。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。(4)互換性:用戶可以自由選擇不同制造商所提供的性能價(jià)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。現(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(jī)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(jì)算機(jī)控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。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(yán)格遵循安全防爆標(biāo)準(zhǔn)。這些就是現(xiàn)場總線設(shè)備互操作性的含義。在此期間其他一些國際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)或公司也開始了這項(xiàng)工作，其中有著名的ISA(美國儀器協(xié)會(huì))和 IEEEP18?，F(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(diǎn)、多站的串行通信技術(shù)，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的局域網(wǎng)，他是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的集成。第二部分中詳細(xì)闡述了單通道智能節(jié)點(diǎn)和多通道波形值智能節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)，當(dāng)中主要介紹了各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)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(jì)方案，給出了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架。因而CAN總線應(yīng)用產(chǎn)品在很多領(lǐng)域中不斷出現(xiàn)，基于CAN總線的振動(dòng)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)。 DSP。到了1987年，美國Foxboro公司發(fā)表了I/A智能式自動(dòng)控制系統(tǒng)，在其系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字通信?，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(gè)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。調(diào)節(jié)閥的羈絆功能是信號驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行，還內(nèi)含輸出特性補(bǔ)償模塊，也可以有PID控制和運(yùn)算模塊，甚至有閥門特性自檢驗(yàn)和自診斷功能。[14]現(xiàn)場總線打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。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。(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。近年來，現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)及其技術(shù)己經(jīng)逐漸成為全世界自動(dòng)控制領(lǐng)域關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。 。數(shù)據(jù)相容性—在CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可以確保報(bào)文同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)或者沒有節(jié)點(diǎn)接收，因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相容性是借助于成組和出錯(cuò)處理達(dá)到的。仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對發(fā)送位電平與總線上檢測到得電平進(jìn)行比較，若相同則該單元可繼續(xù)發(fā)送。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(shí)際上，單元總數(shù)受限于延遲時(shí)間和總線的電器負(fù)載。 CAN總線技術(shù)規(guī)范國際標(biāo)準(zhǔn)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(huì)話層、表達(dá)層、應(yīng)用層[23]。在對比國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連(ISO/OSI)模型的七層結(jié)構(gòu)的同時(shí)，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。實(shí)現(xiàn)兩大基本功能:通信和I/O口管理。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(gè)測量量傳入有效值轉(zhuǎn)換。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(yùn)放。設(shè)備的狀態(tài)值經(jīng)由振動(dòng)傳感器測量后進(jìn)入信號調(diào)理電路模塊進(jìn)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(dòng)狀態(tài)進(jìn)行定點(diǎn)或連續(xù)的實(shí)時(shí)在線檢測。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力或壓力的測量。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。為了便于應(yīng)用，在壓電元件輸出和測量電路之間配接了一個(gè)放大器，起作用是把壓電元件微弱的信號放大。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(jìn)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(lì)、隔離、放大、濾波、線性化等等。圖36包含了振動(dòng)加速度傳感器的供電電路。而有源濾波器是通過運(yùn)算則可以有效地消除以上不足，得到了廣泛的應(yīng)用，但有源濾波器較無源濾波器有著較大的噪聲。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(yīng)特性。令1/Z2=(R2Cs+l)/R2，給出H(s)=Z2/R1，或者H(s)=R2/(R2Cs+l)R1，指出一個(gè)實(shí)數(shù)極點(diǎn)在s=1/R2C。因?yàn)樵撾娐穬H在某一有限頻率范圍內(nèi)近似一個(gè)積分器的特性，所有稱它為有損耗積分器。當(dāng)AVDAVD2為00時(shí)，信號調(diào)理中不使用高通濾波器。LFPLFPLFP3與LFPLFPLFP0這兩組控制引腳為2個(gè)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。信號放大電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3—11所示。本設(shè)計(jì)中 LTC1066配置為橢圓濾波器，即第8腳接V+。后級為高精度A/D轉(zhuǎn)換，選用了凌特公司的 LTC1867芯片。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(dá)89dB。而芯片的數(shù)字通信采用SPI的方式。它的處理速度可以達(dá)到150MIPS，該處理器集成了256KB的Flash存儲器和128位的密碼保護(hù)機(jī)制，從而大大改善了應(yīng)用的靈活性。TMS32OF28335包含兩個(gè)單周期快速訪問的存儲器M0和Ml，每個(gè)空間的長度都是1K字。本設(shè)計(jì)擴(kuò)展了片外的SRAM和FLASH，還使用了CPLD作為時(shí)鐘分頻和地址譯碼器。該FALSH芯片可以通過SPI通信方式訪問，供電方式僅為單電壓供電，～。其邏輯圖如圖316所示.圖316 CAN片選邏輯CPLD還為抗混疊濾波器提供時(shí)鐘信號，這個(gè)時(shí)鐘信號是由DSP輸出時(shí)鐘經(jīng)CPLD內(nèi)部分頻后得出的。由于DSP輸出的電平為OV～3V，而 SJA1000的通信電平為OV～5V，所以在設(shè)計(jì)中加