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高性能无纸记录仪的研制

作者:潘浩,马秋芳2008.04.12阅读 1706

  1概述

  工业上常常需要记录温度、压力、流量等信息,常规模拟记录仪由于功能少、显示单一、需要记录笔的缺点,正被无纸记录仪取代。作为一款以微处理器为核心、集液晶汉字与图形显示为一体,具有无纸记录、实时性好、通用性好、精度高、带通信功能的智能化仪表控制工程网版权所有,其市场广阔。目前许多厂商正将目光聚焦于记录仪的彩屏化、大容量存储、超大屏幕液晶显示等功能;然而对于用户来说,最关心的是精度与可靠性、性价比等仪表的综合性能,因此研究此类问题尤为关键。

  2 设计方案

  如图1www.cechina.cn,来自外部传感器的模拟信号(压力、温度、流量等)经过前端处理后进行A/D转换,经过信号隔离后送入单片机完成数据处理,由LCD显示当前的压力、温度、瞬时流量、累积流量等信息。通过键盘操作,可在各界面之间切换,分别显示各通道的实时、历史数据及曲线、报警情况、断电情况,以及每月、日、年度的累积流量。另外,提供通讯功能,可以通过和上位机通过串行口读写参数与运行数据,实现打印等信息交互。

高性能无纸记录仪的研制如图


  3 硬件组成

  如图1www.cechina.cn,由信号采集、MSP430F149(以下简称430)、液晶显示及键盘、数据存储、实时时钟、通讯等模块组成。

  3.1 MSP430F149单片机[1]

  MSP430F149是具有60K闪存ROM、2K RAM、 6个端口、2个16位计数器、两路UART通信端口、具有端口和计数等多种中断模式、5种省电模式的高集成单片机,特别适用于复杂仪表系统的开发。

  3.2 信号采集模块

  外部信号有标准电流、电阻、mV电压、频率信号等。当为模拟量时www.cechina.cn,为提高测量精度采用了4通道差分输入、自带仪表放大器、滤波器的16位精度、SPI接口的AD 芯片CS5523芯片,通过光耦隔离后和430进行通信。如图2(a)、(b)、(c)分别是输入为电流、热电偶mV电压、热电阻信号时的处理电路。其中当热电阻输入时,采用高精度双路精密电流源REF200提供,最终接入AD 采样端的信号U=UAN+-UAN-=(Rt+2r)I0-(R0+2r)I0=(Rt-R0)I0,可见消除了热电阻导线电阻r的影响,保证了较高的测量精度。当频率输入(如涡街流量计输出)时,采用光耦隔离后输入430的TIMERA计数模块进行脉冲计数。

  3.3 液晶显示与键盘模块

  采用3V、并口输入128*64点阵形液晶模块JM12864,实现图文的综合显示。采用2*3线接口,共6个按键,分别为前后追忆、通道、时标、确认、翻页www.cechina.cn,通过弱上拉和430的P2口相连,采用上升沿触发的方式产生中断通知430进行处理。

  3.4 数据存储模块   

  为方便保存仪表参数,了解工艺参数历史,采用了两片EEPROM存储器24C512。一片用于存储通道运行数据,另一片用于分区存储密度、汉字及字符字模数据、系统参数、记录时间、掉电情况等信息,两片存储器通过弱上拉电阻并联于同一总线上。

  3.5实时时钟模块

  为了记录系统的掉电、当前时刻下的日、月、年累积流量,需要实时时钟信号。这里采用通用ds1302芯片作为时钟信号,由法拉电容作为备份电源。

  4   软件设计

  4.1 系统主程序及中断

  如图3控制工程网版权所有,主程序以检测时间间隔为主线,分别进行流量计算、实时信息记录等操作,同时处理各外部事件。如图4,中断程序检测各种中断(由TIMERB连续计数提供的0.5s采集定时、键盘、通信等中断),进行必要处理后记录此信息,发送标志到主程序等待处理。

高性能无纸记录仪的研制如图


  4.2 数据采集

  将芯片复位,检测并设定Configuration寄存器(包含转换模式、复位标志、放大器截止频率等参数),CSR(Channel-Setup寄存器,包括内部放大器增益、数据传输速率、通道、输入电压极性等设置)后,发送启动转换命令,等待转换完成(完成后SDO线会自动变为0)。需要注意的是在系统在高电平时读数,低电平时锁存数据,必须严格保证系统时序,否则将引起读写错乱。

  4.3 流量计算

  先根据流量模型(开方、线性等)得出流量计在工业状况下的体积流量,一般需要转化为工业标准状况下的流量,这里根据仪表设置中的流量补偿模式(一般气体,、温度/压力补偿、过热蒸汽、饱和蒸汽等),查表得到密度,计算标准流量,提高精度[2][3]。

  4.4 液晶显示

  包括数据和曲线显示,是通过将相应液晶点写为1或0(亮或暗)实现的。128列*64行点阵LCD在显示时是以字节方式进行操作的,一次写入1列8行(共8个点),因此在数据显示时,首先要将字符所对应的字模数据,以从左到右、从上到下(列序)的取模方法顺序写入表格中。在显示时查表将字模数据依次写入LCD即可。在显示曲线时,通过两点之间连折

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