Debug诊断卡显示FF的几种可能,上海自动化仪表有限公司

仪表控制系统问题多,要多多注意噢!

化工厂仪器仪表的任何故障都会给整个生产过程带来麻烦,甚至造成生产过程的中断或安全问题。那么,如何有效地维护庞大的生产系统,避免仪控系统的故障呢? 看看仪表控制系统中我们应该注意哪些事项吧! 1.拆卸维修仪表接线时,要注意将接线端部包起来,防止短路! 2.切勿把信号电缆与供电电缆混用一根多心电缆! 3.保护软管必须低于仪表入口,以防止水进入仪表。 4.露天仪表应该增设仪表保护箱或用尼龙塑料袋包裹。 5.电缆在槽架内敷设时,本安电缆、电力电缆和信号电缆应采用隔板隔开。 6.电缆不应有中间接头。 7.接线时,补偿线不应使用接线片,以免两条不同导线接触造成测量误差。 8.控制室一定要做好防小动物的措施。 9.仪表安装前必须完成单项调试,安装后必须完成回路调试,再进行联调。 10.为防止雨水进入控制室,在设计进入控制室的通道板时,必须考虑上下弯曲并密封仪表。 11.在流量计的设计中,要根据测量介质、温度和压力选择合适的流量计类型,做好流量补偿工作,安装时注意流量计的各种特殊要求。 12.在氢气单元的使用的仪表必须达到防爆等级,和防护等级的要求,缺一不可。本安信号和隔爆信号不可以进同一个现场中间接线箱。 13.报警仪器、音响设备一定要维护好并正常投用。 14.FF总线设计时,要在电源调节器和现场总线接线箱的终端加装终端器。 15.电缆的绝缘电阻应大于5兆欧;电缆转弯半径一般应大于10倍电缆直径,光缆为15倍;仪表电缆与电气电缆平行敷设应保持一定间距,与设备和管道的间距大于150毫米。 16.联锁用电磁阀应为故障安全型,正常情况下充电,联锁时切断。 17.测量蒸汽流量,正负压管道采用凝汽器时,两凝汽器的安装高度应一致。 18.现场仪表的压力管道应采用冷煨。 19.温度仪表系统的示值突然变大或变小,一般为仪表系统故障。由于温度仪表系统测量滞后大,不会出现突变。故障原因是热电偶、热电阻、补偿线断裂或变送器放大器故障。 20.就地压力表的选择必须区分压力源的性质:是冲击载荷还是一般压力。就地温度计的安装尺寸必须与工艺相沟通,当测量管道不足的液体时,必须选择合适的尺寸;在设计时,高温高压的选材必须与常温常压的选材有所不同。不要带电拆除和施工设备,用测试笔防止触电危险。 21.在控制阀的设计和选择、管道设计和压力分布的确定过程中,应充分考虑闪蒸的发生。从控制阀的角度出发,应注意提高材料的硬度,选择合适的控制阀类型和流向。 22.同一条管线上若同时有压力一次点或温度一次点,压力一次点应在温度一次点的上游侧。 23.电磁阀线圈通电时不能拔出,否则会烧毁。 24.转子、轮流量计垂直安装时,一定要注意流体从下向上。 25.流量计的选择:被测工艺介质电导率低时,不能选择电磁流量计;工厂级计量要求高的计量应采用质量流量计。 26.测量介质压力时,被测介质的温度大于60度时要加冷凝管或虹吸气。

时间:2021-04-30关键词:仪表控制系统FF总线仪表

关于Mos管被esd击穿的解决方案

一、MOS管本身的输入电阻很高,而栅源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。虽然MOS管输入端有抗静电的保护措施,但仍需小心对待,在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装,不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。组装、调试时,工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏,如不宜穿尼龙、化纤衣服,手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时,使用的设备必须良好接地。二、MOS管电路输入端的保护二极管,其通时电流容限一般为1mA,在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时,应串接输入保护电阻。因此应用时可选择一个内部有保护电阻的MOS管应。还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限,太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。所以焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚。MOS管是电压驱动元件,对电压很敏感,悬空的G很容易接受外部干扰使MOS管导通,外部干扰信号对G-S结电容充电,这个微小的电荷可以储存很长时间。在试验中G悬空很危险,很多就因为这样爆管,G接个下拉电阻对地,旁路干扰信号就不会直通了,一般可以10~20K。这个电阻称为栅极电阻,作用1:为场效应管提供偏置电压;作用2:起到泻放电阻的作用(保护栅极G~源极S)。第一个作用好理解,这里解释一下第二个作用的原理:保护栅极G~源极S:场效应管的G-S极间的电阻值是很大的,这样只要有少量的静电就能使他的G-S极间的等效电容两端产生很高的电压,如果不及时把这些少量的静电泻放掉,他两端的高压就有可能使场效应管产生误动作,甚至有可能击穿其G-S极;这时栅极与源极之间加的电阻就能把上述的静电泻放掉,从而起到了保护场效应管的作用。

时间:2019-09-18关键词:工具电源资讯仪表

TD-LTE综合测试仪表关键模块的研究与实现TD-LTE综合测试仪表关键模块的研究与实现

摘 要: 在对OFDM调制以及FPGA、DSP、中频接口进行深入研究的基础上,提出了一种TD-LTE系统中下行链路基带信号发送的实现方案,在系统的设计思路和硬件资源上进行了优化。在实际的硬件环境下,通过大量测试,验证了该方案的可行性和有效性。关键词: TD-LTE;基带信号发送;OFDM调制;FPGA 正交频分复用技术[1](OFDM)由于频谱利用率高、易于实现等优点,在现代无线通信领域得到了广泛的应用。在TD-LTE中,下行链路采用的就是OFDM技术。 TD-LTE物理下行链路需要进行一系列的算法操作,其中IFFT变换是必不可少的。由于做FFT和IFFT变换会占用较多的资源,从目前的硬件处理速度来看,不可能完全靠DSP完成这些算法,所以在设计中一般采用DSP+FPGA的信号处理核心[2]。其中由DSP完成灵活多变和计算量不大的运算,由FPGA完成快速和固定的较大计算量的运算[3],这样就可以同时发挥DSP和FPGA的优点。本文基于TD-LTE无线终端综合测试仪表项目的开发,提出了使用FPGA实现基带信号发送的方案,并进行了相关的研究。1 OFDM调制原理 TD-LTE系统采用OFDMA作为下行链路的多址方式,如图1所示。1.1 子载波映射 子载波映射形式有集中式(Localized)[3]和分布式(Distributed)两种。下行链路使用的是集中式映射形式。 2 硬件实现与优化方案2.1 基带信号发送模块的硬件实现 基带信号发送在基带板中最关键的部分是做IFFT变换,在硬件实现过程中涉及到与DSP以及中频、射频的接口问题,所以围绕IFFT变换,周围还要增加一些必需的模块。TD-LTE无线终端综合测试仪表中基带信号发送模块的硬件实现如图3所示。

时间:2019-04-23关键词:模块嵌入式开发关键综合测试仪表

工程机械图形仪表信息系统设计与研究工程机械图形仪表信息系统设计与研究

摘 要: 介绍了一种以SH7264微处理器为核心、μC/OS为操作系统的工程机械智能图形仪表板的设计与实现方法。采用VDC分层图像显示,提高启动速度、改善显示质量。在软件设计中采用重构技术,加快了工程机械仪表板的开发速度及效率,节约了社会资源。关键词: 工程机械;仪表板;CAN总线;VDC;μC/OS仪表板是各类工程机械必不可少的装置,它用于显示工程机械各个系统工作状况,是工程机械与作业员进行信息交流的界面,作业员通过仪表随时掌握工程机械各个部件的工作状态。现代工程机械越来越复杂,所需的各类仪表也越来越多,传统的工程机械仪表存在占用面积大、分布散乱、显示内容固定单一、显示信息量小等缺点,不具有可配置性,而且恶劣的工作环境常常导致仪表显示的信息不准确或失灵;其次,主要由作业员根据目视得到的外界信息对工程机械进行操作。随着各种工程机械不断向大型化、复杂化方向发展,传统的目视观察己经越来越多地暴露出其局限性:如视角存在盲区、远处作业面无法看清等。传统仪表板的这些局限性很可能导致作业员的操作不及时甚至失误,不仅降低了生产效率,还带来较大的安全隐患[1]。 传统仪表已远远不能满足现代工程机械高速发展的要求。为此设计一款既能够以图形、文字甚至动画的方式来实时显示工程机械的各种状态信息,又能完成工程机械的视频采集、解压缩、终端显示的多功能的智能图形仪表信息系统显得非常有必要,这也是今后工程机械仪表板发展的一个必然趋势。 仪表板做为工程机械的核心技术之一,具有重要的地位。目前,我国在工程机械图形仪表技术方面与德、美、日等国有较大差距,基本上只能由国外提供高端仪表,导致资金外流。因此,开展智能图形仪表技术方面的研究,能摆脱对国外的技术依赖,对增强我国工程机械厂家的核心竞争力、促进产业升级具有重要意义。1 工程机械智能图形仪表信息系统的总体设计 随着工程机械的发展,各种机构日趋复杂,其附属装置也越来越多,仪表板作为工程机械的信息中心,必须为操作人员提供挖掘机各部分的状态信息,使驾驶员能够及时了解挖掘机当前的状态。工程机械仪表板上主要显示的信息有油温、水温、油压、GPS、视频、故障诊断及各种指示灯和报警信号,因此整个系统设计可分为电源模块、主控制器模块、CAN总线模块、故障诊断模块、GPS模块、视频解码模块、键盘及TFF-LCD显示模块,系统构架如图1所示。

时间:2019-04-23关键词:信息系统图形工程机械总线与接口仪表

GPRS无线远程电站仪表监控应用方案GPRS无线远程电站仪表监控应用方案

概述随着电力城网、农网改造的逐步完善,一户一表工程、抄表到户工作的完成,对线损管理、提高供电质量、保证供电的可靠性、安全性提出了新的要求。近年来国民经济继续保持了持续快速健康发展的良好态势,全社会用电量也保持上升的趋势。近两年的电力行业体制改革和系统出现电源性缺电现象,全国大部分地区错峰用电的情况下,简单的电能计量已不能满足对配变的监测管理。反而对配变的运行状况的实时测控提出了新的需求。同时对用电营销管理的科学化和电力需求侧管理(DSM)的智能化需求,要求对配变低压侧进行准确和科学的智能监控,掌握配变的运行状况并根据需求进行合理管理,改善供电质量。通过对电力网的实时监控,可以及时掌握电力的运行情况,防止电力负荷严重超载导致设备的烧毁、三相负载严重不平衡导致的损坏,电力长期轻负荷运行导致的不经济运行状态和大量感性负载运行导致的功率因数过低、高线损等。对电力运行实时监测、抄取、分析、处理和控制,可以及时调整电力运行状态,合理配置电力容量,调整智能无功补偿控制等,保证电力安全、稳定、高效的运行。完善、科学、准确的对电力实时监控,为电力自动化管理提供可靠的运行数据和历史资料,有效降低线损,为负荷预测、线损分析、电力需求管理提供准确的数据;准确打击窃电,负荷预测指导扩容安装等;为用电情况、用电性质及用电负荷的增长趋势分析,在进行系统增容、配变布点选择等规划工作提供科学的数据;同时提高工作效率,降低劳动成本,科学提高电力管理的自动化水平。这些特点适合于提高企业计量信息的及时性、可靠性、准确性和实现企业生产管理的信息化。通过对技术先进性、系统兼容性、扩展性、网络覆盖范围、企业的投资规模和效益等几个方面对比分析,广泛查询技术资料,决定采用中国移动的GPRS网络作为通讯传输媒介。选择GPRS的优势选择合适的传输系统是系统构造的基础。GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称,是为GSM 用户提供分组形式的数据业务而在现有系统上发展起来的,它允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,不需要利用电路交换模式的网络资源,特别适用于电力网监控这种间断的、突发的和频繁的少量数据传输。GPRS技术从实验室研究、地区范围内试用到正式商用,经过了长时间的完善,技术先进、可靠;GPRS设备数据监控终端传输设备一开机就能自动附着到GPRS网络上,与数据中心实时在线进行实时数据通讯、高速传输、可靠性高;GPRS网络覆盖全球,不存在信号盲区。按照流量收费,没有数据流量的传递时不收费用,计费合理、科学;企业运行投资小,效益高。系统结构考虑到终端用户数量的可扩充性,又不失其对性能的考虑,系统采用松散耦合的服务器/客户端模式。单台服务器(未来可扩充为服务器集群)作为系统的数据收发管理中心,负责对终端用户的状态进行监控、采集、查询;无线客户终端的本地服务程序自动通过网络链路与服务器端中心系统保持通讯,自动收发用户提交和接收的数据。根据以上功能需求,设计系统结构如下图:如上图所示,服务器端结构采用当前运用最多、最成熟的三层分布式结构。这种结构方式把数据层、业务逻辑层、应用层完全隔离开,严格对各层的接口进行封装,各层之间全部进行权限验证,实现了物理链路的透明,并且保证数据的安全传输。这种服务器结构当前已经被运用在ERP、银行系统、电子政务系统、企业办公自动化系统、通信网络计费系统等大型系统软件中,实践证明,这是目前最为稳定、可靠、安全又不失效率的服务器体系结构。无线客户端采用嵌入式软硬件设备,完成数据传输的自动化控制。服务器端结构的优点:1、独立的数据层。这种独立的数据层意味着用户数据可以存在于不同的服务器中,可以实现数据跨操作系统平台、跨数据库平台的共享。2、独立的业务逻辑层。独立的业务层通过两端的接口连接数据层和应用层,通过运用当前成熟的COM+、CORBA等软件中间件技术,让用户的业务逻辑可以在不影响用户使用和不破坏现有数据的情况下,安全平稳的进行修改、升级,并可以实现与服务器操作系统无关的跨平台接口,给今后的业务扩展打下了良好的基础。中间件技术的另一个优越性是,可以通过开发分配调度系统,让同一个中间件可以在大型服务器集群中协同工作,发挥海量计算的巨大优势。3、独立的应用层。独立的应用层代表用户可以用过现有的任何操作系统平台通过开放的接口连接业务逻辑层,比如用户可以在Windows/Linux的各个版本操作系统上进行应用操作,只要在各个平台上安装适合的应用程序即可。服务器端方案:针对以上的服务器结构模式,目前有几种方案,但考虑到具体实施的可操作性,和未来的可扩展性,又要保证实施成本的最高性价比,故设计了一套目前最为高效又成本低廉的解决方案,具体如下:采用1台数据库服务器+1台业务逻辑服务器(配置视具体要求而定);数据库系统采用MS SQL Server 2000;业务逻辑服务器采用Windows 2000 Server;应用/前端用户操作系统采用 Windows 2000 Professional;每服务器上安装本系统专门开发的数据传输管理系统软件。客户端方案:传输系统的客户端采用GPRS嵌入式终端设备。实现GPRS通信的整个嵌入式系统包括硬件平台和软件模块两部分。硬件平台采用了性能先进,运行可靠的内核微处理器,-40℃到+80℃的工作范围。系统提供了内存,能有效地支持突发性数据传输。GPRS无线调制解调器采用了Wavecom公司的产品,提供了稳定可靠的无线分组数据传输。软件模块包括实时操作系统、TCP/IP协议栈、PPP协议栈和上层应用软件四部分,前三个模块称作系统软件,向上层应用软件提供了实现各领域功能的运行环境,实现了构造完整领域应用的通信基础架构。软件模块的核心单元是:实时操作系统、TCP/IP协议栈和PPP协议栈,与上述硬件平台一起构成上层软件运行的通信平台和控制平台。通过引入先进的通信软件设计模,将核心单元有机地结合在一起,构成通用、易于移植的软件架构。使得通信平台对于上层软件来说是透明的,后者无需考虑数据传输通道是怎么建立、维护和拆除的,只需直接调用发送和接收数据的接口函数(API)。从而方便了领域应用软件的编写、测试和维护,并能最大限度的重用代码。实时操作系统GPRS嵌入式系统又是实时系统,系统软件和上层应用软件必须能及时、并行、协调地对数据通信事件和其它外部事件做出正确地响应,并能有效地利用系统资源,避免竞争资源造成系统崩溃。单任务软件是不能满足这些要求的。单纯提高处理器速度,则效率低下,甚至无法完成。只有多任务实时操作系统才能胜任,能对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度,保证每个任务及时执行。基于实时操作系统编写的软件,模块化程度高,便于移植,从而能提高软件生产效率,提高软件产品质量,符合软件工程需求,增强生产厂商的竞争力。总之,实时操作系统是知识集成的平台,是走向标准化道路的基础。我们的实时操作系统具有高度安全性、微内核和实时响应等特征,能适应恶劣的工作环境,提供了统一的编程界面,并能有效地支持各种通信协议栈的运行。其特点包括:(1)实时性实时性是指能够在限定时间内执行完规定的功能,并对外部的异步事件作出反应的能力。实时性的强弱以完成规定功能和作出响应时间的长短来衡量。提高硬件的处理能力可以在一定程度上提高计算机控制系统的实时性,但是当硬件确定以后,控制系统的实时性能主要由操作系统来决定。在工业自动化领域,我们的实时操作系统为应用程序提供内建的实时支持,使其具备确定的响应能力。(2)可靠性工业控制系统对可靠性要求很高,计算机控制系统发生故障或死机对于企业安全高效生产带来不利的影响。可靠性主要包含两个方面的含义:一是控制计算机本身要连续稳定运行,二是系统检查出故障后要有保持安全状态的能力。虽然软硬件抗干扰技术、热冗余技术可以在一定程度上提高工业控制系统的可靠性,但是操作系统的可靠性仍然影响着工业控制系统的运行。我们的实时操作系统能从结构支持实现可靠的软件。(3)开放性我们的实时操作系统能有效地支持各种通信协议栈的运行,广泛支持各种通信硬件、局域网连接以及拨号连接。还具有良好的可扩展性,用户可根据实际需要定制合适的领域软件模块,集成到实时操作系统之上。(4)开发环境工作方式灵活,生成和调试工具方便易用。我们的实时操作系统是一个适合下一代互连工业自动化设备的理想小体积嵌入平台。实时操作系统能从FLASH启动,从而避免了暴露在灰尘、高温和震动环境下,使它可以适应恶劣的外界环境。为了统一各配电综合测控仪的时间基准,配变监控管理系统可定时对各配电综合测控仪进行校时。D、统计分析和报表、曲线处理功能电表监控管理系统提供强大的数据统计、分析功能,为用户提供准确实用的统计数据,为配变科学管理提供关键的数据。统计数据如图2。电力监控管理系统可以针对某一变电所自动生成日报表、月报表、年度报表等汇总报表及。日报表统计一天24小时内的运行参数如:负荷、电流、电压、有功无功等情况生成报表;报表可直接进行预览、打印。自动生成趋势曲线,直观的反映出运行趋势。曲线图如图3。此图表直接放到服务器做成网页格式,可供局域网内所有用户查询、统计、分析、打印等。结束语一户一表、抄表到户工程结束,能源紧缺,系统电源性缺电,全国拉闸限电、有序错峰用电的形势下;国家电网公司要求全面推进电力需求侧管理,满足用户对用电质量和用电可靠性的要求,要求加快配电低压负荷控制管理自动化水平,同时对电业局监控、管理的科学化和电力需求侧管理(DSM)的智能化提出新的需求:采用GPRS通讯电力综合监控系统以其先进的技术,精确的测量准确度和科学的设计、制造,在电力监控的科学管理中将大展身手,保证电网安全、经济、可靠地运行,在电业局自动化管理中发挥重要地作用。陕西艾尔斯特科技有限公司地址: 西安市高新技术开发区高新二路4号新业大厦A602网址:E-mail:zjf@aielster.com电话:(86)29-88484178传真(86)29-88470261

时间:2019-04-08关键词:GPRS方案嵌入式开发电站仪表

基于MC9S12XHZ512的汽车组合仪表设计基于MC9S12XHZ512的汽车组合仪表设计

摘 要: 介绍了以飞思卡尔MC9S12XHZ512芯片为控制核心的汽车组合仪表板控制系统的设计,简述了汽车组合仪表的基本模块构成,给出了步进电机驱动设计方案和模拟量采样复用电路的设计原理。关键词: 汽车组合仪表;MC9S12XHZ512;模拟量采样复用电路;步进电机汽车仪表是用来显示和记录汽车的各种行驶信息及发动机运转情况的重要装置。汽车仪表所显示的信息有车速、转速、燃油、水温、气压、里程、各种报警和状态指示等。传统的汽车组合式仪表,各种工况和告警信号由传感器通过线束送到组合仪表和其他需要该信号的模块。这种仪表线束较多,显示内容单一,无法满足汽车仪表高抗干扰能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化的需求。现在的汽车仪表也有以微处理器、针式仪表盘、CAN总线、指示灯、带记录存储功能的仪表,但这种汽车仪表没有模拟量采样复用和步进电机。模拟量采样复用可以实现电流、电压、电阻信号采样的复用,通过电阻网络的调整可以设置单个采样端口的采样信号类型,因此可以适应多种传感器,提高产品的适应性。而使用步进电机可以非常精确地控制电机转动轴位置,而不需要昂贵的传感器和控制电路,跟踪所加输入脉冲数可知其位置,且步进电机具有良好的起动和停止响应功能。因此,为了能够满足汽车仪表高抗干扰能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化的需求,本文设计了一种带有模拟量采样复用和带有步进电机的总线式汽车智能组合仪表。1 仪表结构的组成原理仪表的组成模块如图1所示,由采集控制模块、显示模块和外围电路模块组成。显示模块和外围电路模块均与采集控制模块相连。采集控制模块包括主处理器和输入输出模块,输入输出模块与主处理器相连。显示模块包括显示接口模块和显示处理器,并且互相连接。采集控制模块中的模拟量采样复用电路,包括电阻网络调整电路和模拟量复用输入信号前级处理电路,经过电阻网络调整电路调整后的输入信号,经模拟量复用输入信号前级处理电路选择,传输至采集控制模块的主处理器。2 步进电机驱动设计与中断控制2.1 步进电机的驱动设计车速表、转速表、油位表和水温表均由步进电机驱动。硬件设计时只需用引线将单片机与步进电机连接即可。图2为单独一个步进电机工作在双全桥模式时的连接方法,它由两个脉宽调制(PWM)通道控制,通道X控制线圈0,通道X+1控制线圈1。实际电路的原理图如图3所示,M1、M2、M3和M4分别为车速表、转速表、油位表和水温表。

时间:2019-03-28关键词:汽车组合技术教程仪表

MicrochipTechnology推出首款仪表放大器MCP6N11

球领先的整合、模拟器件和闪存专利的供应商——Inc.(美国微芯科技公司)宣布,推出旗下首款仪表MCP6N11。全新仪表采用独特的mCal技术。mCal技术是一个可实现低初始失调电压的片上校准电路,可以控制失调漂移,从而使器件在整个时间和温度范围内精度更高。MCP6N11采用低功耗工艺技术,不仅能实现低功耗,同时还提供500 kHz的增益带宽积,其硬件关断引脚更可使器件更加省电。由于MCP6N11的1.8V低工作电压,两节1.5V的使用寿命会更长;即使是在低电源电压情况下,其轨到轨输入和输出操作也可以全范围使用。MCP6N11仪表是消费类、工业和医疗市场中信号和调理和等应用的理想选择。上述市场中的许多应用都要求高精度、低功耗和低电压的性能表现,MCP6N11完全能够满足这些需求。新器件的mCal技术提供了一种高精度方法,可以最大限度地降低随时间和温度而产生的电压漂移。此外,在指定速度和性能的条件下,该器件的低功耗运行/关断仅需更小电流,从而延长寿命,减少自身发热量。MCP6N11的低电压操作,以及轨到轨输入和输出提供更大动态范围,从而提高整个工作电压范围的性能表现。模拟和接口产品部营销副总裁Bryan J. Liddiard表示:“MCP6N11以颇具竞争力的价格为需要强大性能的信号调理应用提供了创新的。mCal技术在该产品中的使用体现了Microchip对创新的一贯承诺,并继续为我们的客户带来显著的竞争优势。”开发工具支持Microchip的MCP6N11惠斯登参考设计(部件编号ARD00354)支持MCP6N11。

时间:2019-02-14关键词:嵌入式开发放大器首款microchiptechnology仪表

主飞行仪表图形加速显示系统的FPGA设计主飞行仪表图形加速显示系统的FPGA设计

摘 要:针对主飞行显示仪对图形处理和显示的苛刻要求,采用基于仪器总线和扩展总线的高速阵列信号处理板的设计模式,提出了一种基于硬件加速的PFD图形显示设计方法。该方法实现了图形分层双缓存交替切换、图形填充、图形合成和多通道DMA像素引擎,提高了PFD图形生成和显示的实时性和可靠性。实践证明,该设计显著解决了PFD图形显示系统中的速度瓶颈。关键词:主飞行显示仪 图形分层 图形填充 图形合成 FPGA 主飞行显示仪PFD(Primary Flight Display)包含了至关重要的安全飞行信息[1],它包括被安装在与传统“T”型配置的模拟仪表及相同屏幕位置上的飞行仪表。PFD通常直接在飞行员的正前方。随着航空电子技术的快速发展,传统的CRT显示终端逐步被光栅式图形显示器LCD所替代。然而,光栅式图形显示系统在显示图形前,需要大量的各种运算,如图形扫描变换、反走样、图形旋转及其他的特殊算法操作[2]。随着显示分辨率的提高,要处理的像素也越来越多,而所允许的处理时间却受屏幕刷新率所限制。因此,怎样实时生成并准确显示逼真图形画面,是对嵌入式PFD设计者的一个极大的挑战。而基于PC机的传统图形生成和图形显示方式,又过于复杂且存在安全隐患。鉴于这种情况,参考文献[3-5]虽然提出了一些解决方法,但实际效果并不是很明显。本文采用基于仪器总线和扩展总线的高速阵列信号处理板的设计模式,提出了一种基于硬件加速的PFD图形显示设计方法。该方法实现了图形分层双缓存交替切换、图形填充、图形合成和多通道DMA像素引擎,提高了PFD图形生成和显示的实时性和可靠性。文中以Quartus Ⅱ5.0 和Modelsim_Altera 5.6e为开发、仿真和综合的平台,在Altera公司的Cyclone Ⅱ系列FPGA上成功下载并运行。1 整体设计方案 在PFD显示系统中,要同时显示多个画面,如姿态指引画面、全罗盘画面、导航地图画面及飞行视景等。每个画面的处理算法都有其特殊性,如在姿态指引画面中,显示画面需要根据飞机参数的变化实时更新,要求在地平线上填充蓝色背景(蓝色表示天空),而在地平线下填充绿色(绿色表示大地)。随着飞机姿态的变化,地平线将在边界线内改变大小及方向,画面上的蓝色和绿色区域将重新分配,这种天地区域的动态重新填充是个非常费时的工作。此外,姿态指引画面还需要叠加一些字符(俯仰角度等),这些字符需要随着地平线一同旋转。可见,姿态指引画面是电子主飞行仪中最为耗时的画面之一[4]。而全罗盘画面则侧重于字符、线段的绘制和旋转变换,反走样运算任务十分繁重。在导航地图画面生成和处理中,数据量和处理量都比较大,如位置显示、飞行航迹生成等。针对不同图形画面的处理算法,本文设计了大规模阵列处理机模型,其主飞行仪表显示系统整体设计框图如图1所示。该设计采用共享外部总线和分布式并行处理相结合的系统结构。每个处理板通过仪器背板总线互相连接,提供了共享外部总线的结构;而相邻板之间也有一套扩展总线,提供了局部共享总线的结构。这样,板间既可通过背板总线直接交换数据,也可以通过扩展总线以DMA方式进行数据传输。另外,每个板内,DSP通过局部总线连接一个容量较大的SDRAM作为全局共享外部存储器,而FPGA通过局部总线连接一个容量较小的双口RAM作为局部共享存储器。这些全局和局部存储器可以作为板间或DSP间数据交换的大型缓冲区。从图形或图像处理算法实现上考虑,这种结构既可满足流水线式的并行算法,也可以满足分布式的并行算法(同一算法分布到多个处理器同时执行)。2 FPGA的设计 针对每块板的不同处理功能,对FPGA进行了不同的算法设计。以板0#为例作一介绍。图2为FPGA的各种接口与系统其他部分的关系。2.1 总线接口设计 系统有两套总线:仪器总线和扩展总线。仪器总线仿VXI总线设计,采用双排欧式插座设计,模拟信号和数字信号分开在各自的插座之上,提高了电磁兼容性。模拟部分主要包括:飞行传感器调理信号和系统模拟电源。数字部分采用基于多板分布式并行处理机制的共享式总线结构,主要包括:24位地址总线、16位数据总线、模块功能选择与控制总线、以及时钟和触发信号等;扩展总线采用基于板间流水线处理机制的链式结构,主要包括:20位地址总线、8位数据总线和控制总线。总线接口中,读写控制、地址译码、中断及DMA控制、时钟和握手信号均由FPGA实现。限于篇幅,具体设计细节不再赘述。2.2 帧存控制模块 帧存控制模块由交叉多路转换器Cross-MUX、读写控制器和地址发生器组成。系统上电复位时,首先将变化频繁、数据量小的前景与变化缓慢或不变、数据量大的背景图形分开存储于高速SRAM中,每3片SRAM组成全彩色(R、G、B)图形帧存(这样的图形帧存共有3组)。其中,SRAM3为背景帧存,SRAM1和SRAM2为前景帧存。将前景帧存设计为双缓存轮流切换方式,当其中一组写入生成图形数据时,另一组则正被读出数据到图形合成模块,图形生成与显示并行进行。2.3 图形合成模块 图形合成模块支持一层到四层的图形合成,通过设置合适的图形开始点和结束点(包括竖直和水平)来完成控制。公式(1)、(2)、(3)分别给出了其控制模型。式中,Plx为当前lx层像素的灰度值,介于0~255之间;x为层2.4 像素引擎模块 像素引擎模块产生像素时钟输入信号CLK、行同步信号/Hsync、场同步信号/Vsync、数据使能信号/DE、扫描方向选择信号DPSR和R、G、B数据控制信号,控制LCD屏显示全彩色图形或图像。2.5 图形填充模块 图形填充算法[6]的效率高低,直接影响到图形显示系统的加速程度。设计高效的填充算法犹为重要。本系统设计了一种基于形态学膨胀算子的多种子填充算法。膨胀算子具有天然并行运算能力,易于FPGA硬件实现,并且改进算法后,填充速度大幅度提高。图形填充模块由结构元素生成器、膨胀处理器和位置计数器组成。2.5.1 结构元素生成器 形态学图形膨胀算法,是用结构元素对图形某邻域窗口进行的处理[7]。本设计采用的是3×3的方形结构元素,每次需要读取9个数据。为此,在FPGA内部定义了寄存器和FIFO,将相关的图形灰度数据进行存储,以使其在一个时钟周期内,以流水线的方式形成填充所需要的一个结构元素窗口。流水线的方式,加快了数据处理速度。结构元素窗口形成模块框图如图3所示。图中,w22为结构元素原点,如图4所示。2.5.2 膨胀处理器 参考文献[8]中膨胀处理器的设计方法是:从3×3窗口读取的数据w11、w12、w33…w33中,挑出数值最大的元素并把它输出,采用两两比较排序算法,共需要12级比较。由于多级比较器的传输迟滞,最大工作频率受到限制。本系统中将多种子呈多条水平线分布,种子值为1,待填充区域为0,结构元素的w22在滑动时,只与0或1比较,比较结果若为1,则直接实现8邻域填充。这一方法简化了比较过程,提高了系统带宽和处理速度。在填充区域为320×480像素时,其最大工作频率可以达到80.12MHz(而参考文献[8]在填充区域为120×120像素时,其最大工作频率为62.751MHz),加速效果比较明显。2.5.3 位置计数器 位置计数器根据行、列位置标志来确定滑动窗口(结构元素)在图形数据阵列中的位置。图形边界根据位置计数器的值查表得到,边界判断比较迅速。 图形填充模块的状态迁移图如图5所示。本设计根据需要设定了六个状态:Idle、ReadFIFO、Comp、WriteRAM、Boundary、Bd_P。这六个状态根据窗口位置是否有种子而进行转换,从而完成图形填充。 以上描述中,结构元素与种子比较、像素点的填充、边界判断等内容可有多种表达算法,特别是种子预置、边界判断和边界填充,有待进一步研究。3 仿真及实验结果图6是仿真和实验结果。图6(a)是图形分层双缓存交替切换、图形填充、图形合成和多通道DMA像素引擎的时序仿真图;图6(b)是实验结果图。对800×600的屏,刷新率可达47.6Hz,即21ms/帧;对320×480的区域,填充一次约花费2.86ms。 本文提出的基于仪器总线和扩展总线的高速阵列信号处理板的整体设计模式,具有较强的图形处理和数据吞吐能力。基于硬件加速的PFD图形显示设计,提高了PFD图形生成和显示的实时性及可靠性,也显著提高了图形质量,使显示画面更加逼真。经设计和部分调试表明:该方案具有较好的工程实用性和易扩展性。参考文献[1] CAMPBELL C B.Advanced integrated general aviation primary flight display user interfaced design,development andassessment.Digital Avionics Systems Conference,2002,21:1045-1-10A5-12.[2] PAETH A.A Fast algorithm for general raster rotation.Graphics Interface,1986,(5):77-81.[3] READ B C.Developing the next generation cockpit displaysystem.IEEE,1996.[4] HANDLEY S J,ALLERTON D J.The designed of an EFISattitude indicator for a flight simulator[A].ICA-S[C], 1994:282-292.[5] ZHU Yaodong Dong,ZHANG Huanchun,JING Yazhi.Anew design method of combined graphics display system inaircraft cockpit[J].Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,2002.[6] ROGERS D F.Procedural elements for computer graphics(Second Edition).Beijing:China Machine Press,2002:82-119.[7] GONZALEZ R C,RICHARD E.Woods digital image processing(Second Edition).Beijing:Publishing House of Elec- tronics Industry,2005:420-450.[8] 李雷鸣.基于DSP和FGPA的全姿态指示器填充算法研究及硬件实现技术.硕士学位论文.南京:南京航空航天大学,2004: 29-43.

时间:2019-01-17关键词:系统FPGA嵌入式开发图形仪表

基于51单片机的车用数字仪表设计与实现(图)

making vehicle digital instruments based on mcs 51 mcu 摘 要:介绍了一种以mcs 51单片机为主控器,以adc0809为核心,以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外围元件的车用数字仪表(vdi)的设计与实现。该仪表系统具有显示直观、准确,使用方便可靠等优点,代表了车用仪表的最新发展趋势。关键词: mcs 51单片机;传感器;车用数字仪表引言---车辆仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面,是车辆安全行驶的重要保证。随着电子技术的广泛应用,传统汽车仪表逐渐被微处理器为核心的电子控制数字仪表取代已成为必然趋势。然而,目前国内车辆仪表数字化水平还不高,绝大部分仪表还是模拟式的,而大多数模拟仪表表头的体积较大、数量多,使得显示系统拥挤不堪,影响美观;另外一些模拟仪表故障率高,增加了用户的经济负担,减小了车辆行使的安全系数。---为克服这些缺点,文中提出用51单片机、模/数转换器件adc0809及霍尔开关及数字式温度传感器ds18b20等对其进行技术改进,设计并实现了新型全数字仪表系统,该仪表系统有显示直观准确、灵敏度高、使用寿命长、灵巧美观、成本低等优点。1系统组成及工作原理---本系统功能由硬件和软件两大部份协调完成,硬件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换,各种信息的显示等;软件主要完成信号的处理及控制功能等。---其工作原理是89c51单片机依次查询各传感器的输出信号(气压、油压等模拟传感器输出的模拟信号需要经过adc0809进行模数转换); 然后89c51对输入信号进行相应处理后通过显示模块44780输出,同时还可输出各种告警信号。 2硬件构成---该系统硬件主要包括以下几个模块: 89c51主控模块、传感器模块、adc0809模/数转换模块、44780显示模块等。其中89c51主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能,传感器完成信号的采样功能,adc0809完成将模拟信号转换成数字信号的功能,44780显示模块完成字符、数字的显示功能。2.1 主控模块---系统采用atmel公司生产的at89c51单片机,它带有4kb闪速式存储器、128b内存,最大工作频率24mhz,同时,具有32条输入输出线,16位定时/计数器,5个中断源,1个串行口。2.2 温度传感器ds18b20---ds18b20是dallas公司推出的单线数字式测温芯片,它能在现场采集温度数据,并将温度数据直接转换成数字量输出。ds18b20与at89c51的接口电路图如图2所示,其中ds18b20工作在外部电源供电方式,单片机89c51采用p2.0和ds18b20通信。 2.3 44780显示模块---本系统采用44780驱动的lcd,hd44780(ks0062)是用低功耗cmos技术制造的大规模点阵lcd控制器(兼带驱动器),和4bit/8bit微处理器相连,它能使点阵lcd显示大小写英文字母、数字和符号等丰富的信息,同时有较强的通用性应用,使用方便,用户能用少量元件就可组成一个完整点阵lcd系统,送入相关的数据和指令就可实现所需的显示。---44780显示模块有8条数据线,3条控制线。可与微处理器或微控制器相连,通过送入数据和指令,就可使模块正常工作,44780显示模块和89c51单片机连接电路如图3所示。---需要说明的是,真正投入使用的显示模块需要根据车辆生产厂家对仪表显示界面的具体需求到液晶生产公司定制。2.4 a/d转换模块---由于本系统需处理多路模拟信号,故采用adc0809 a/d转换模块,它采用逐次逼近的方法完成a/d转换;其片内带有锁存功能的8 路模拟开关,可对8路0~5v的输入模拟电压信号进行转换, 完成一次转换约需100μs。其输出具有ttl三态锁存缓冲器,可直接接到单片机89c51的p0口。 adc0809 与89c51接口电路如图4所示。2.5 测速传感器---经调查,速度传感器是车辆传感器中的易损器件,所以该系统对测速传感器进行了改进,测速传感器由霍尔开关、磁铁组成。其工作原理是将霍尔开关和磁铁分别安装在车架、车轮的适当位置,车辆行驶时,在磁铁的作用下,霍尔

时间:2019-01-09关键词:数字车用单片机嵌入式处理器仪表

基于MCU的抽油机节能控制仪表与控制技术

基于MCU的抽油机节能控制仪表与控制技术提出采用星角双向切换+间抽控制的节能控制技术方案,并选用完全集成的混合信号系统级MCU芯片C8051F206开发了抽油机智能功率控制器。关键词:C8051F206;抽油机;节能技术 Economical Power Controlling Technology of theSucker Rod Pump B ased on MCUREN Zhiguo, LIN Li(University of Petroleum, Beijing 102249, China) Key words: C8051F206; sucker rod pump; energy saving technology为了实现抽油机能自动根据负载需要实时进行Δ/Y双向切换和间歇定时控制的目标,采用嵌入式控制技术设计了如图1所示的控制电路。? 智能功率控制器的硬件系统以新华龙电子公司为C8051F206配套的实验板为基础,新增输出电路和键盘显示电路后形成。直接利用实验板上的C8051F206MCU、JTAG接口、晶振、复位及电源电路,大大降低了硬件设计工作量。(1)输出电路本系统的被控对象是电机的开关。为满足星角切换和开机/停机要求,需要对3只交流接触器(C1~C3)按一定组合关系进行控制,其电路原理和控制真值表如图2(a)和图2(b)所示。考虑到现场抗干扰的需要,在输出端口P0.1,P0.3和P0.5后采用了光电隔离电路(图2(c)),其中驱动用的灵敏继电器J的工作触头串接在电机控制回路中,以控制相应交流接触器的动作。(2)显示和键盘电路的设计显示器采用4位LED串行通信方式,接口电路由3只74HC595串行移位寄存器,5只三极管型功率放大器9014和4只LED数码管组成(如图3所示)。由端口P0.2输入串行数据、P0.4产生移位脉冲,P0.0产生锁存脉冲。按键采用1×5非编码键盘,将5个按键的一端分别与串行移位寄存器U1的输出端Q3、Q4、Q5、Q6、Q7相连,公共端与P0.6直接相连,通过不断检测计算机引脚P0.6来获取是否有按键被按下。(3)模拟量输入电路的设计抽油机功率切换控制程序的设计采用C51与MCS51汇编语言混合编程,其程序流程如图4所示。仪器上电初始化后,首先发出电铃报警预示电机即将起动;随后电机以三角形方式起动以满足抽油机重载起动的要求;起动后系统将根据电机的实时功耗情况使电机在三角形、星形或过载停机三种状态间自动切换,即在实时功耗小于设定三角形向星形切换功率时电机工作在星形方式,在功耗大于设定星形向三角形切换功率时电机工作在三角形方式,大于设定过载功率时停机;如果系统中设置了间歇控制参数,则系统还将对开机和停机的累计时间进行计时,实现定时控制。上述过程周而复始进行,直至人工干预停机为止。为防止外界干扰对系统稳定性的影响,系统设计中采用了中值滤波,自动校零,软件冗余、错误陷阱和看门狗等技术。本文开发的抽油机节能控制仪表在江苏和长庆等油田进行了工业试验。结果表明,系统的可靠性很好,在-30~50℃的条件下已正常工作约2年时间。抽油机的节能效果令人满意,节电率普遍达到15%以上(在负载率为20%的条件下测算)。实践表明,采用C8051F206设计的节能控制器的生产成本很低,易于为现场用户接受,充分显示出良好的市场前景

时间:2018-12-07关键词:节能技术嵌入式处理器抽油机仪表

仪表测量精度杂谈

我们知道反映误差大小的程度称为精度,精度高的仪器仪表它的测量误差小,精度低的仪器仪表它的测量误差就大。通常又把精度分为:精密度、正确度和准确度。当然这些参数都与测量误差有关,如;精密度反映的是随机误差大小的程度;正确度反映的是系统误差大小的程度;而准确度反映的是综合误差大小的程度。其中准确度又被称为:精确度,对比以上的参数,看来“精准”指的是准确度(精确度),也就是仪器仪表的综合误差指标。 我们如果用打靶来说明精密度、正确度和准确度参数,就比较形象和直观了。如图中的圆圈是靶心,相当于真实值,各黑点为打靶时的子弹着点,相当于测量值。从图中可见a 的子弹着点同时弹着点离靶心最近,所以说a的精密度和正确度都高。b的子弹着点基本都打在一起,其弹着点的精密度也高,但弹着点离靶心太远,所以说b 的精密度高而正确度低。c的子弹着点打得很分散,其精密度低,但是弹着点离靶心很近,所以说c的精密度低, 但正确度高。三者比较a是最理想的, 看来a结果对打靶者的素质和要求是最高的,如果换成测量仪器仪表来看问题,则要求测量仪器仪表的综合指标已是最高的,满足要求的仪器仪表其制造工艺也会是很严格的,但其售价也不菲。对于b的结果,其正确度如果在现场生产的误差允许范围内,还是不错的,因为其有一定的误差,但每次的测量结果基本是一致的,即其随机误差小。对于仪器仪表的用户而言,只要从现场的测量实际出发,找到一个测量精度要求和投资的平衡点,这才是最科学、合理的方法。对于工厂而言讲求的是实用和经济,因为工厂不是实验室,对测量仪表的要求是:在能满足生产和工艺对测量参数误差指标的前提下,在有限的投资范围内选择精度能达到要求、且性能稳定,正规生产厂的仪器仪表产品是最理想的。看了网友们的回帖,8楼说:“满足现场要求的就是精准的”,10楼说:“我的理解精准必须适用。这些观点我已是赞同的。” 在生产现场衡量仪器仪表的“精准”,就是:在仪器仪表精度能满足使用的前提下,重要的是选择长期稳定性好的产品。因为在现场使用的仪表是根本不具备标准环境条件的,因此现场运行的仪表其误差还应该包括环境温度、湿度、振动、电磁干扰、电源波动等产生的附加误差,即综合误差。看一台仪器仪表质量的好坏不能仅看精度,重要的还是要综合考虑环境温度、湿度振动、电磁干扰、电源波动等参数的影响。对于测量要求较高的场合,当然对仪表的综合误差要求是越小越好,这时最好对该仪表的附加误差通过测试,以便选型和择优使用。工业生产对自动化的要求及依赖性越来越高,生产要高产、稳定就必须有稳定可靠的控制仪表,而要保证稳定可靠的控制,其前提是以现场测量参数的可靠性和稳定性为基础的。所以对现场使用的仪表提出了更高的要求,要求其长期稳定、高度可靠,这是用户最关心的问题,因此在测量精度满足使用要求的前提下,选择长期稳定性和可靠性高的仪器仪表是最重要的评判标准。对于长期稳定性指标,仪表说明书中都是有标注的,如有的仪表的稳定指标为:“0.1 %精度/一年,0.1252 %精度/五年”等等,这指标是指仪表在特定条件下的零点稳定性,还是包括满量程、线性、回差等的稳定性呢?其是否包含了环境温度、湿度、振动、电磁干扰、电源波动的影响因素?这是需要搞清楚的,因为只是零点稳定,对用户没有什么实际意义。所以选择长期稳定性这一指标时,不要片面追求高指标,应该综合比较、综合分析,以找到最适合自己的仪器仪表产品。附:关于误差的定义:随机误差指的是多次测量其平均值趋于零的误差。 系统误差指的是误差的大小和符号固定不变或按一定规律变化的误差。 综合误差指的是随机误差与系统误差的合成。

时间:2018-11-23关键词:测量精度仪表

温度测量仪表的分类、特点与应用

温度测量仪表的分类、特点与应用如下:1、PN结温度传感器利用了在一定电流条件下PN结正向压降随温度变化而变化的特性。PN结温度传感器的特点是体积小、响应快、线性好。分立元件型PN结温度传感器的互换性和稳定性不够理想。将感温晶体管与放大、补偿等外围电路集成封装成的集成温度传感器实现了测温传感器小型化,克服了分立型PN结温度传感器互换性、稳定性不理想的缺点,使用方便,已经广泛用于温度测量、控制、补偿等方面。由于受PN结耐热能力的限制,只能测量-50~150℃范围内的温度。PN结温度传感器使用时要注意以下问题:(1)控制工作电流,减小PN结自热温升对测量的影响。(2)恒电流下工作,保证传感器的线性。2、红外温度传感器 红外温度传感器是利用测量物体辐射出来的辐射能进行测量的。物体温度越高其辐射能越高,红外温度测温方式属于非接触测温,具有灵敏度高、反应速度快、测温范围广(-50~3500℃)等优点,适合测量小物体、运动、高温等情况下的温度。3、石英晶体温度传感器 石英晶体的固有振荡频率会随着温度的变化而变化,石英的这种性质可以用来进行温度测量。石英温度传感器具有体积小、灵敏度高、分辨率高、测量准确度高、稳定性好、响应速度快等特点,同时,由于输出信号是频率,很容易实现数字显示,主要用于高准确度、高分辨率的温度测量和作为量值传递标准温度计。石英温度传感器使用时要注意防止机械振动和冲击。石英温度传感器的测量范围一般在-50~200℃范围内。4、光导纤维温度传感器 光导纤维温度传感器是以光导纤维作为温度敏感元件或是用光导纤维传输信号的温度传感器。前一类利用某种参数随温度变化而变化的特性进行测温,称为功能型;后一类光导纤维只是用来传递信息,称为传导型。根据光导纤维所起的作用光导纤维传感器可以分成光导纤维型(功能型)、传光型(非功能型)和拾光型;按使用方法可以分为接触式和非接触式;根据调制原理光导纤维温度传感器可分为相干型和非相干型;相干型中有偏振干涉型、相位干涉型及分布式温度传感器;非相干型中有辐射温度计、半导体吸收式温度计及荧光温度计。由于光导纤维具有抗电磁干扰、耐腐蚀等特点,光纤温度计具有良好的电磁绝缘性,传输的信息量大、损耗小、强度高、可弯曲、灵敏度高、测温上限(3000℃)高、体积小、重量轻、结构简单、便于安装使用、安全防爆。目前光纤温度计在工业中的应用还不是特别广泛,主要用于以下几种常规温度计无法测量的情况:(1)高电压大电流、强电磁干扰、强辐射、易燃易爆等恶劣环境的温度测量;(2)高温测量;(3)无法视察或狭小空间的温度测量。随着光纤技术的不断发展,光纤温度计将大有用武之地。除以上讨论的几种新型温度测量仪表,还有表面波SAW温度传感器(把温度转换成频率)、利用核四重极共振现象的NQR温度计(共振吸收频率随着温度的上升而下降)等新型温度传感器。

时间:2018-11-01关键词:温度测量仪表

基于总线侦听技术的现场显示仪表设计基于总线侦听技术的现场显示仪表设计

1 引言实现现场数据显示的方法较多,有现场PC机、和数显仪表等等。与PC机、等相比,具有价格低廉的优点,同时也较适应于现场恶劣的生产环境。我们承担了武钢矿业集团大冶铁矿竖炉球团生产过程自动化改造项目,采用了基于CAN总线的多层DCS控制网络,为了解决一些工段现场的数据显示问题,我们设计了一种基于总线侦听技术的现场智能。2 系统结构大冶铁矿球团厂造球工段控制系统中,利用研华ADAM-5000系列智能I/O模块实现数据采集和输出功能,共包括3个ADAM-5000机架,分散在现场的3个工序里。3个ADAM-5000系列模块、上位工控机相互之间采取总线连接,组成底层总线网络。在该总线网络内数据通信采用ADAM-5000的通信协议。系统结构图如图1所示。造球工段现场智能的数据来源于对总线上的数据侦听。上位PC机数据传输的工作方式是按照ADAM-5000模块帧格式,将要发送的命令在485总线上发往下位机ADAM-5000各模块。在数据帧中包含应该接收命令的下位机的正确地址,只有与帧中目标地址一致的下位机才能接收命令帧。总线侦听技术突破了这一限制,它实时地对总线上传输的数据进行动态地把握,它将总线上传输的帧统统接收下来,在从侦听微机的串口侦听到所有通讯数据后,对通讯数据进行分析和破译工作,从而得到需要的数据。3 现场显示仪表硬件组成显示仪表的硬件原理图如图2所示,它由、数码显示电路和RS485组成。RS485总线收发器采用了TI出品的;由于需要显示的数据较多,且现场对数字显示器亮度有较高要求,本方案采用静态显示。为了节约资源,采用了带选通功能的串转并芯片作为显示驱动器件,这样20多位数码显示只占用了3根I/O线资源,如图3所示。在现场显示仪表实际工作中,单片机首先通过RS485总线收发器芯片对RS485总线上的数据帧进行接收,接着对数据帧进行分析和选择,得到需要的数据后送往显示。4 软件实现由于本系统只需要显示ADAM-5000采集的部分模拟输入数据,故下面只介绍ADAM-5000系列中AI模块的帧格式。它分为命令帧和响应帧两种。ADAM-5000命令帧格式如表1所示。表1 命令帧格式命令帧第一个字节为起始符,有$和#两种形式。以$开头的可获取版本信息、校正AI模块等;以#开头的用来读取5017通道值,是我们要用到的命令形式;地址范围是00~FF;槽号i取值范围为0~7;其它,在起始符为$时,有9种形式,这里不予介绍。在起始符为#时,有2种形式,一种为空,命令内容为读取i号槽模块全部通道值;另一种为通道值j,命令内容为读取i号槽模块第j号通道值。ADAM-5000的响应帧格式如表2所示。对于起始符为#的命令帧,有两种响应帧格式。表2 响应帧格式起始符为>,表示模块收到的命令有效。其后为全部通道值或某一通道值,随命令帧格式而定;起始符为?,表示5017收到的命令无效。其后地址与收到命令帧的地址相同。侦听软件的关键在于接收总线上的数据帧,主要分为对命令帧的分析和对响应帧的解析两部分。在PC机与ADAM-5000通讯时,显示仪表不断侦听总线上传输的数据帧,判断是命令帧后,将接收完整的帧地址与要显示参数的帧地址相比较,相符则继续侦听ADAM-5000的响应帧,将其中数据信息分离出来,送数码管显示;不相符则不采取任何动作,等待下一个命令帧的到来。通讯软件采用C51语言编制,其中中断子程序流程图如图4所示。5 结束语本文中设计的基于RS485总线侦听技术的现场智能显示仪表,应用在大冶铁矿竖炉球团厂的造球工段中,确实地解决了其工段现场的数据显示问题,且价格低廉,通用性好,能在其它系统中得到应用。这种总线侦听技术同样适于CAN总线等其它现场总线。现场显示仪表头

时间:2018-11-01关键词:总线技术现场总线与接口仪表

基于WORLDFIP的电流—现场总线转换仪表的设计

基于WORLDFIP的电流—现场总线转换仪表的设计论述基于WorldFIP现场总线协议的电流—现场总线 转换器的开发。分别从硬件设计和软件开发两个方面具体介绍了电流—现场总线转换器的原 理及具体设计。关键词:转换器;协议;基金会现场总线 Design for the Converter of Analog to Fieldbus Based on WORL DFIP LI Wen, BAIYan, LIANGGeng? (Automation Department of North Electric Power University, Beijing 10 2206, China)? Keywords: converter; protocol; FF 1硬件设计电流/总线转换器(IF)主要由三个模块组成:输入模块、通讯模块以及显示模块,如图1所示 。在输入电路板上,将来自常规仪表的4~20mA标准信号,经过信号调整,转换为适合A/D转 换的电压,经信号隔离后,以数字量的形式经过通讯板送往现场总线与应用层进行通 讯,同时将数字信号转换为实际物理量的数值显示。1.1输入模块如图2所示,为节省成本,充分提高IF的转换效率,IF设计为具有四路输入转换通道。在各 输入端分别接一个电阻的作用是给输入信号乘上一个正确的增益以适合A/D转换器的信号接 收范围。输入的是4~20mA的模拟信号,经一个R=100Ω的电阻后,进入A/ D转换器的信号即为0.4~2V的电压信号(ADS1110的标准电压是2.048V)。A/D转换电路的主要作用是对放大后信号进行A/D转换。A/D转换器采用ADS1110。 该芯片主要具有如下优点:分辨率为16位,从而保障了A/D转换具有较高的精度;片载2.048V标 准参考电压,精度为2.048V±0.05%;具有8位的I2C地址线,串行输出,减 少光电隔离组件的使用。此外,该A/D转换器还设有调零和增益校准电路。电源隔离和信号隔离的作用是防止输入信号与地形成环流而引入干扰。来自主电路板CPU的 控制信号和来自A/D转换器的信号通过光电耦合器 传输,从而实现了信号地的隔离。中央处理器CPU是电流—现场总线的核心部件,它控制着整个仪表各个部件的协调工作、线 性化和通讯。CPU采用AT91M40800。该芯片集成ARM7TDMI内核,具有高 性能的32位RISC;片载SRAM和ROM;4G的线性地址空 间,32位可编程I/O线等特点。另外,该系列的单片机片载JTAG调试口,可以在线仿真。系 统程序存贮于CPU外部的PROM,运算数据暂存贮于RAM,一些重要的标定、组态和 辨识等应用程序都存贮于EEPROM。主电路板上的EEPROM存贮器用来存贮组态参数(指功能模 块的参数)。1.2WorldFIP通讯模块在通讯模块的设计中,通讯单元采用ALSTOM公司设计的WorldFIP通讯微控制器MICROFIP,通 讯接口部分采用了ALSTOM公司设计的WorldFIP总线驱动器FIELDRIVE和WorldFIP隔离变压器F IELDTR。通讯卡的组成框图如图3所示。? MICROFIP提供了数据链路层和MPS应用层的接口,提供的服务有:1)物理层服务:在EN10570和FIP标准之间进行选择; 2)数据链路层服务:变量传送服务和报文传送服务; 3)网络管理服务:MICROFIP介质冗余管理; 4)附加功能:输入/输出端口,通过并行端口获取站地址。FIELDRIVE元件是一组完全集成的总线驱动电路,用来提供协议组件与现场总线隔离变压器 之间的接口,它集成了一个总线驱动器、一个总线接收器、一组传送错误检测电路、一个监 视接口等。FIELDTR元件提供了FIELDRIVE总线驱动器和现场总线物理介质之间的电隔离。1.3显示板选用字符型LCD点阵模块HD44780,它可显示5×7点字型192种字符,5×10点字型32种字符, 可自编8(5×7点)或4(5×10点)种字符。该模块的指令功能强,可组合成各种输入、显示、 移位方式以满足不同的要求。接口带有8×8bitRAM。? 软件开发采用集成开发环境——Enbest IDE for ARM。它能提供高效明晰的图形化的嵌入式 软件平台,包括一套完备的面向嵌入式系统的开发和调试工具。IF软件设计同样采用模块化 设计思想,将软件设计分为三个模块:A/D转换模块,通讯模块和显示模块。A/D转换模块主 要采集要求通道的输入信号(转换成数字量)。通讯模块是现场总线智能仪表都必须具有的核 心模块,完成物理层和部分数据链路层间的通讯,实现现场设备节点与现场总线之间的通讯 。显示模块主要负责显示实际的物理量,由A/D转换后的数字量,进过标度变换后得到显示 的实际数值。主程序框图如图4所示。? 现场总线控制系统的优越性是不容置疑的,因此,与电流—现场总线转换器类似的现场总线 智能仪表具有广泛的应用前景。对于类似火力发电厂的大型的工业控制系统,目前大多数还 在采用DCS控制系统的情况下,如果将其改造为现场总线控制系统,必然要为常规仪表与现 场总线之间搭建一座桥梁,即电流—现场总线转换器和现场总线—电流转换器的开发 ,从而使现场总线控制系统深入到各控制领域,开创一个工业控制的新时代。

时间:2018-10-30关键词:现场总线电流worldfip总线与接口仪表

船用仪表用步进电机细分驱动的实现船用仪表用步进电机细分驱动的实现

摘 要: 介绍了一种基于组合电阻式步进电机细分驱动的原理,并给出用该方法实现的船用柴油机状态监控仪表。仪表实现了对船用柴油机的转速、机油压力、机油温度、冷却水温度、电瓶电压等参数进行实时显示监控的功能。设计采用软硬件相结合的驱动方法,既保障了系统的可靠性,又降低了仪表成本。关键词: 船用仪表;步进电机;细分驱动;组合电阻 船用仪表从工作原理上区分,有模拟式仪表和数字式仪表[1]。以模拟量组合单元仪表为主的监控仪表所需要的器件数量多,指示精度低。数字式船用仪表多为LED数码管显示方式,虽然分辨率高,但不够直观,尤其在单屏面上显示多个数据时,不利于进行远距离观察,而且它显示的是单纯的一个数据,没有在一定范围内进行显示,观察人员还需将观察到的数据再过滤比较,才能对运行状况作出判断,不利于发现异常情况。因此为了既适应船用仪表的需要,又满足人机工程的要求,本文提出了一种全数字步进电机式船用柴油机状态监控仪表,与传统的模拟量为传输量的指针式仪表不同的是,它把数字量用步进电机式指针进行了模拟式指示,将数字显示的准确性和模拟指示的直观性结合在一起,克服了以往模拟式仪表指针指示的非线性、抖动、卡滞等现象,指针示值准确、能够快速追踪参数的变化,运行平稳。1 步进电机式船用仪表的总体设计方案 步进电机式船用仪表总体结构框图如图1所示,本设计采用带有LCD显示模块的PIC核的单片机作为控制器,对柴油机运行参数(包括转速、机油压力、机油温度、冷却水温度、电瓶电压等)进行数据采集,把数据处理成相对应的步进电机式指针要走的步数,并在指针式仪表上进行显示。选用的VID29-05步进电机为两相步进电机,内置减速比180/1的齿轮系,可用分步模式或微步模式驱动。输出轴的步距角最小可以达到(1/12)°,最大角速度为600 °/s。2 步进电机组合电阻式细分驱动的硬件设计 步进电机是把脉冲信号转换成角位移或直线位移的执行元件,是一种输出与输入数字脉冲相对应的增量驱动元件[2]。步进电机的运行方式主要有整步、分步、微步3种[3]。为了使仪表指针能够高精度地准确定位,使步进电机平稳、无卡滞地运行,减少电机的振荡和噪声,需要对步进电机进行细分驱动,即微步模式。 步进电机的细分驱动方式有专用芯片法和PWM脉宽调制法。专用芯片法采用硬件的方法实现步进电机的细分驱动,容易实现,但成本较高。PWM脉宽调制法采用PWM脉冲直接对步进电机进行驱动,采用软件的方式实现,驱动硬件成本较低,但需要多路PWM模块,对单片机的选型要求较高。因此综合成本和实用性两方面的因素考虑后,本设计提出一种基于组合电阻式的步进电机细分驱动方法,该驱动方式的硬件为3个电阻的组合,成本低,原理简单,易实现。驱动软件为仪表指针跟踪算法的设计,不需要单片机的PWM模块,实用性较强。在本设计中励磁绕组采用阶梯型电压驱动,在绕组上进行电流叠加,即每经过一个细分信号周期,单片机输出到电机线圈的电压顺次发生变化,使得通过线圈的电流按上述公式产生接近正弦波的变化,逐渐增大或减少,而不是一次性地通入或切断,使电机能更平稳地运行。 组合电阻式细分驱动是指步进电机每一相线圈一端与单片机的I/O口相连,另一端与N个阻值不同、处于并联方式的电阻相连,N个电阻的数量和取值大小需要考虑电机内部线圈电阻,以便产生能够驱动电机的、接近于正弦波的阶梯波形。单片机与步进电机之间无专用驱动芯片。并联电阻N的个数越多,则步进电机每一相上出现的状态就越多,细分的程度也越高。图2所示为该24细分驱动法的硬件电路图。 图中M1、M2为步进电机的一相绕组,M3、M4为另一相绕组,SN74HC595是串行输入并行输出芯片,用作扩展PIC单片机的I/O口,每一相绕组上都接有3个并联的电阻。因为VID29-05输出轴的步距角最小可以达到(1/12)°,而它内置减速比为180/1的齿轮系,因此一个微步表示指针转子转动15°。VID29-05步进电机一个周期共有6个分步,即每个分步相位相差60°,每个分步可以细分为4个微步,整个周期细分为24个微步,即24细分,其对称的阶梯波形图如图3所示。 因为有12个不同的对称阶梯数值,故选取3个不同阻值的电阻与步进电机绕组线圈电阻一起就能得到16种逻辑组合,选取其中最合适的12种即可。在硬件电路中每一相都有3个电阻相并联,VID29-05步进电机的每相内部绕组电阻为210 ?赘,单片机I/O口输出电压为5 V,再根据VID29-05步进电机微步驱动的各相电流值,可以计算出3个电阻与电机内部绕组在电路中的总等效电阻值和步进电机一相绕组上的电压值,根据这些数据就可选配3个电阻的阻值和控制电阻引脚的电平逻辑。当QD输出高电平时,QA、QB、QC有8种组合可选,除去输出全高状态(因为若QA、QB、QC、QD全为高时,就没有电流输出),可根据需要取出其中最适合的6种状态。当QD输出低电平时,同理可取出除去全低状态外的最适合的6种状态,由此可得到12个值。将此12个值进行x轴对称则可得出另一组阶梯波。将整组数据建成一个表,通过查表的方式就可以控制步进电机。3 步进电机组合电阻式细分驱动的软件设计3.1 指示参数位置与步进电机微步数的关系 在本设计中,要显示的参数有温度、压力、转速和电压。温度显示范围为40 ℃~120 ℃,压力显示范围为0~1 MPa,转速显示范围为0~3 000 r/min,电压显示范围为18 V~32 V。在此对温度显示与步进电机微步数的计算关系进行说明,其余三表类似。根据厂家给定的温度面板满量程刻度为112.5°,步进电机细分驱动中每一步旋转角度(1/12)°,因此当达到满量程时步进电机的微步数为step=112.5×12=1 350 步。但温度是从40 ℃开始显示的,应将40 ℃作为指示零点,且满量程为120 ℃,满量程点与初始点相差温度为80 ℃,而它们之间的物理角度差为112.5°,因此温度每相差一度,指针应走过的物理角度为(112.5/80)°,温度与电压近似成线性关系,如图4所示的温度-电压关系图,由此可得关系式: 根据式(2)和式(3)就可计算出相对应的目标温度值y,再根据式(4)就可计算出目标温度相对应的仪表指针位置,即指针距初始点(“40 ℃”点)的微步数。将此位置与指针的当前位置进行比较,即可得到指针应转动的方向和转角。由此可建立温度-微步数表,通过查表的方式就可得到目标温度值所对应的微步数。 由于温度与电压之间的非线性关系及电机齿轮的误差影响,导致满度定位有偏差,可以通过分段线性处理的方法,在半满量程点、2/3满量程点和满量程点,对式(4)进行补偿修正,从而获得准确的定位。3.2 仪表指针跟踪算法的实现 仪表指针运行的效果要求平滑且跟踪快,要满足这两项要求,必须要有好的升降频控制算法,因此必须在软件设计上配合实现硬件电路的细分驱动。硬件电路提供驱动步进电机的阶梯波形,软件设计将控制此波形的时间间隔,使得指针快速、精准地定位,并且平滑、无卡滞地运行。主要包括指针归零模块、分频驱动中断模块、跟踪控制模块。 常用的升降频控制方法有3种[4]:直线升降频、指数曲线升降频、抛物线升降频。直线升降频是以恒定的加速度进行升降,平稳性较好,适用于速度变化较大的快速定位方式。软件实现比较简单,但其加速度时间比较长。指数升降频控制具有较强的跟踪能力,但当速度变化较大的时侯其平衡性较差。抛物线升降频是将直线升降频和指数曲线升降频相融合,充分考虑到步进电机低速时的有效转矩,使升降速的时间大为缩短,同时又考虑使其具有较强的跟踪能力,这是一种比较好的升降频控制方法,本设计所采用的升降频控制方法正是此方法。 指针跟踪程序流程图如图5所示,查参数-微步数表得到目标微步数后,与当前位置比较确定指针的转动方向和转角。为使指针能快速跟踪、准确定位,需要按抛物线升降频法,建立一张位置差值-指针速度表,当目标位置离当前位置较远时,指针速度较快,反之则较慢,如参数突然变化较大,不能直接从上一较快(较慢)的指针速度一次变化到较慢(较快)的目标速度,会使指针产生卡滞、抖动等现象,此时应在程序中控制指针速度渐进的变化。 将步进电机应用到船用仪表中,推动了数字化指针仪表的发展,显示方式更符合人机工程学的要求。本文对实现组合电阻式步进电机细分驱动的软硬件设计进行了描述,与专用芯片法(硬件)和PWM脉宽调制法(软件)相比,性价比较好。仪表指针跟踪位置的准确性、快速性及运行平稳性都超过了普通模拟指针表的功能,有着较强的通用性和广阔的应用前景。该仪表已通过厂家的装船测试,各项指标达到设计要求,并已交付使用,运行正常。参考文献[1] 陈立军,黄学武,郑华耀.SMSC船用智能仪表的研究[J].自动化与仪表,2007,22(4):21-24.[2] 胡惟文,蔡剑华,王先春.基于FPGA的步进电机均匀细 分驱动器的实现[J].微计算机信息,2008,24(2):183-184.[3] 李铮,鲜继清,王平.直驱型数控指针式仪表的设计与实现[J].仪器仪表学报,2007,28(2):327-330.[4] 李明泉.功率步进电机升降频过程的最优控制[J].微电机,1988(4):8-16.

时间:2018-10-30关键词:步进电机驱动开发船用仪表

宇电AI系列仪表在液化气存储罐触摸屏监控系统中的应用宇电AI系列仪表在液化气存储罐触摸屏监控系统中的应用

摘要:结合了油田液化气生产的实际需要,开发的基于厦门宇电AI系列仪表RS485通讯的油田液化气存储罐触摸屏监控系统。该系统把分散的各个液化气存储罐的相关数据整合到一起,大大提高了油田液化气存储的安全性和成本。关键词:厦门宇电AI系列仪表,RS485 ,液化气罐。 一 引言发达国家的液化气生产过程中SCADA是基本的配套设施。在石油液化气的开采、存储的生产过程中,动态监控主要包括泄露监测、油井井口生产参数监测,存储罐压力液位保护。实现对油井生产及其储运管网实施必要的监控是保证油田正常生产的保证。厦门宇电的该套监控系统主要用于对油田液化气存储罐安全的监控。二 系统构成整个系统由一台放置在安全区的嵌入式触摸屏电脑和现场多台宇电AI系列仪表构成。现场的宇电AI仪表通过各种传感器采集液化气罐及周边的数据,如:罐体压力,罐内液位,周边气体浓度,罐底及罐顶温度,燃烧口温度等数据。通过宇电AI仪表的RS485接口用把这些数据实时发送到触摸屏电脑进行处理,在画面流程图中显示实际位置的实时数据和实时报警,并可以同时发出声音报警,还可以把所有数据保存成文件,生成直观的实时曲线和历史曲线,供操作员参考。系统构成图如下: 系统安装简单,操作界面友好,不需要专业知识就可以安装操作。内部软件已经按客户要求制作和测试完毕,硬件接线完毕后上电就可以正常使用。三 原理和功能厦门宇电AI系列仪表质量稳定,耐用,采用万能输入使各种传感器信号输入方便,0.1级测量精度在国产仪表中性价比很高。RS485通讯使用宇电AIBUS通讯协议,通讯速度快,在波特率19200下,上位机访问一台AI-7/8系列高性能仪表的平均时间仅20mS。搭配工业平板触摸屏式PC的应用,更为工业自动化带来新的界面。这使得AIFCS系统价格大大低于传统DCS系统,而性能及可靠性也具备比传统DCS系统更优越的潜力。该安全监控系统不仅有数据实时显示功能,还有强大的报警功能,有通讯报警:当仪表与触摸屏通讯出现故障时,画面上出现相对应的通讯中断报警,用户可根据仪表地址对照表进行恢复;数据报警:对所有数值型数据有弹出式报警记录和警灯声音报警,如温度,压力,浓度,液位;其他报警:对所有显示状态的数据有对应的文字报警弹出和警灯声音报警,如各种开关量报警。 所有有效数据都被详细记录,以备事后查询。 每个实时数据都有详细的实时曲线和历史曲线可供操作人员查看。 对宇电AI系列仪表可以到到100%的控制。 四 总结随着石油工业信息化的发展,越来越多的油田及相关产业意识到工业控制自动化的优越性和它带来的生产效率和经济效益的提高,而厦门宇电AI系列仪表组建的AIFCS系统带来了更快更方便的监控系统组建方式,提高经济效益的同时也节约了时间,今后必将在自动化控制系统的组建中所流行。

时间:2018-10-30关键词:触摸屏存储技术液化气储罐仪表

基于CAN总线的汽车数字仪表的设计基于CAN总线的汽车数字仪表的设计

引言汽车仪表作为车辆与驾驶员交流的窗口,承担向驾驶员实时提供车辆工况任务。汽车仪表是汽车电子在车辆中应用研究的重点之一。随着欧洲排放标准在国内推广,符合欧洲排放标准具备控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,简称CAN)总线接口的发动机和与之通讯的总线式数字仪表也逐渐扩大市场。随着车载总线技术发展,带有CAN总线接口的汽车数字仪表得到广泛应用。应用层SAEJ1939协议是目前国内汽车行业应用最广泛的CAN总线应用层协议。这里提出的基于CAN总线的汽车数字仪表是利用CAN总线使其成为车身网络一部分,遵循SAEJ1939协议读取发动机转速、水温等信息。考虑到车辆实际状况,该汽车数字仪表还能接收传感器的车速、油量、油压、制动气压等信号并显示,为驾驶员提供实时车辆工况。2 SAEJ1939协议简介SAEJ1939协议是美国汽车工程师协会SAE(SocietyofAutomotiveEngineer)发布的以CAN2.0B作为网络核心协议的车辆网络串行通信和控制协议。SAEJ1939协议使用CAN的数据帧封装其数据信息,对CAN扩展帧的29位标识符编码,形成独特的编码系统作为车辆通讯标准。该协议明确规定了汽车内部ECU的地址配置、命名、通讯方式以及报文发送优先级等,详细说明了汽车内部具体的ECU通讯内容。实现车辆电子设备间高速数据传输,减少线路数量,最大限度利用CAN总线优越性能。2.1 SAEJ1939报文格式SAEJ1939数据帧是以PDU(协议数据单元)为单位,共由优先权(P)、保留位(R)、数据页(DP)、PDU格式(PF)、PDU细节(PS)、源地址(SA)及数据域(DateField)等7个域组成。除了数据域外的PDU对应于CAN扩展帧的29位标识符,其对应关系如表1所列。其中PS是一个8位段,其定义取决于PF值。若PF值小于240,PS是目标地址(DA)。若PF值介于240和255之间,则PS为组扩展(GE)。2.2 SAEJ1939应用层应用层详细定义了SAEJ1939协议中使用的每个参数,包括数据长度、数据类型、结果、范围以及参数组编号(PGN)等。这些参数分为控制参数、动力传动系统状态参数、动力传动系统控制参数、动力传动系统配置参数、信息参数以及信息状态参数。SAEJ1939使用参数组编号(PGN)作为一参数组的唯一标签。该标签包括:保留位(R),数据页(DP)、PDU格式域(PF8位)和组扩展域(GE8位)。另外,PF值小于240时,PGN低字节位置0。参数组中的每个参数都能用ASCII码表示,其状态量最少可用两个位表示。文字数字数据采用最高位在前的传输方式,其他包括两个或多个数据字节的参数则采用最低位在前的传输方式。除此之外,应用层中还详细定义了参数组属性。该参数组属性包括:优先权、更新率、参数组的协议数据单元格式、参数组编号,参数组的数据参数号及其在参数组中的位置。3 基于CAN总线的汽车数字仪表系统设计3.1 硬件电路设计该汽车数字仪表系统由信号采集和处理显示等模块组成,如图1所示。通过模拟量信号分压,滤波整形脉冲信号,CAN总线信号通过收发器发送至中央处理器,然后再将处理后的信号通过步进电机控制器控制步进电机,驱动LCD液晶屏显示。其中信号采集模块包含CAN总线数据采集和传感器数据采集。在实际的车载环境中,该系统设计遵循SAEJ1939协议在CAN总线上获取发动机转速、水温和故障代码,而其他信息包括车速、油量、机油压力、制动气压则从相应传感器以模拟量和脉冲量形式读取。通过测量车速传感器脉冲信号获取车速信号,油量传感器的信号经分压后直接发送给中央处理器内A/D转换器处理。图2给出信号采集模块电路。图中,采用带隔离的通用CAN收发器CTM825lT接收CAN总线信号。CTM8251T内部集成所有必需的CAN隔离及CAN收发器,可实现CAN节点的收发与隔离功能,从而替代了传统设计中采用光电耦合器、DC-DC隔离、CAN收发器等元件实现的具有隔离功能的CAN收发电路。该模块电路可将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平,并具有直流2500V的隔离功能。该模块电路设计体积小,集成度高,可取代PCA82C25l等传统的CAN总线收发器及其外围电路,从而降低了系统设计成本。传感器模拟量信号经分压传输至中央处理器,图中的VD40和C40两元件可对微控制器LM3S2948的引脚提供过压保护。LM3S2948型微控制器完成信号处理。它是一款基于ARM Cortex-M3内核的微控制器,采用32位RISC,内嵌CAN控制器、A/D转换器、模拟比较器、I2C接口等功能模块,极大降低了外围电路设计成本。LM3S2948微控制器具有运算速度快、功耗小、体积小、价位低等特点。LM3S2948的CAN控制器模块支持CAN2.0B协议,支持符合SAEJ1939协议的扩展帧的报文传输,其传输速率可编程设置为1Mb/s,这些特性完全满足CAN总线汽车数字仪表的应用要求。采用移位寄存器74HC595实现信号的串入并出,采用步进电机驱动器VID6606驱动表针。每片VID6606可同时驱动四路步进电机。在其频率控制端输入脉冲序列F(SCX),即可控制输出端使步进电机的输出轴以微步转动,每个脉冲对应电机输出轴转动1/12°,最大角速度可达600°/s,满足汽车仪表指示的高精度、快速响应的要求。表针采用步进电机VID一29驱动。图3为VID6606驱动仪表电路。LCD驱动器采用PCF8566,其内部集成LCD驱动器所必需的功能电路。能直接驱动任意静态或包含4背极高达24段的LCD。中央处理器发送的信号先经PCF8566T功率放大后,然后送至液晶屏F2000LCD显示。3.2 软件设计该汽车数字仪表系统软件采用IAR编程调试软件编写。该软件通过LM一LINK调试仿真器与LM3S2948的JTAG端口连接,实现在线仿真调试。数据接收处理软件首先初始化系统时钟、CAN节点、LCD液晶屏、步进电机等,并使能CAN中断,设置CAN屏蔽码和验收码。初始化CAN节点的具体步骤:①封装CAN节点相关信息,创建一个软件CAN节点结构体指针pCAN_Node_lnfo;②初始化CAN控制器;③中断CAN控制器;④设置CAN节点接收过滤。初始化后,读取CAN总线和其他传感器信号。控制步进电机和液晶屏显示处理数据。等待CAN总线接收中断产生,判断总线数据是否满足屏蔽条件,即逐位比较接收的29位标识符报文与验收码、屏蔽码值,屏蔽码用于定位相关位(0=相关,1=不相关)。只有标识符中的相关位与验收码相应位相同,系统才接收报文。如满足屏蔽条件则从寄存器读取数据并存入缓存区,再根据SAEJ1939协议判断计算发动机转速、水温和故障代码信息,传输至步进电机和液晶屏显示。例如:接收的数据为:OCF00400XXXXXX4F55XXXXXX(XX为任意数据),若设置验收码为Ox00000000,屏蔽码为0xlFFFFFFF,则接收该报文。根据SAEJl939-71协议,此报文为:PGN61444一电子发动机控制器。因此,可得第4,5字节为发动机转速,并遵循低位在前,高位在后的传输方式,则发动机转速=原始数×分辨率+偏移量=21831x0.125+0=2728.875r/m。同理可计算其他汽车仪表所需数值。图4为CAN总线数据接收程序流程图。4 结语在研究了汽车CAN总线通讯协议及SAEJ1939协议的基础上,实现基于CAN总线的汽车数字仪表系统设计。该系统设计利用LM3S2948、CTM8251、VID6606等器件的功能,最大程度地降低外围电路成本。该汽车数字仪表系统工作稳定、性能良好,目前正进行装车试验。随着欧洲排放标准在国内的推广,基于CAN总线的数字仪表必将进入快速发展的新阶段。

时间:2018-10-30关键词:汽车数字总线总线与接口仪表

基于OBD协议的Android平台汽车虚拟仪表设计基于OBD协议的Android平台汽车虚拟仪表设计

摘 要: 提出了一种基于OBD协议的Android平台汽车虚拟仪表设计方法。该装置以连接器硬件和解析OBD数据软件为核心,连接器硬件读取OBD接口实时数据,软件解析相关参数值,最后在Android平台设备上进行图形化虚拟仪表显示。在分析OBD协议关键技术后,具体阐述了Android SDK开发环境下软件的设计方案。按该方案设计的汽车虚拟仪表已经实现,工程实测证明:此种设计方案高效可靠,能够达到监测汽车运行参数的预期目的。关键词: 车载诊断系统; 安卓; 汽车; 虚拟仪表 OBD(On Board Diagnostics)即“车载诊断系统”[1],装载OBD协议的汽车能够自动监测汽车各项运行参数,具有很高的安全性。但是受到OBD仪表高额制造成本的制约,绝大部分汽车只支持OBD协议并提供OBD接口,但是未设置OBD车载检测仪表,因此OBD的各项功能未得到有效发挥。 Android是一款基于Linux平台的开源移动通信终端操作系统,由Google公司研发,目前全球长期使用的Android平台设备约有1 300万台。 本文介绍一种能够应用在Android设备平台的OBD汽车虚拟仪表设计方案。1 系统整体设计1.1 需求分析 OBD系统能够输出汽车电子控制单元ECU(Electronic Control Unit)通过车载传感器获得的燃油系统、温度系统、点火系统、动力系统以及废气控制辅助装置系统运行状态数据,在发生故障的情况下则输出故障码。 基于OBD协议的Android平台汽车虚拟仪表需要实现的功能是扩展OBD接口功能,与OBD接口通信,解析相关报文数据流,将解析结果以图形化的方式显示,如动力监控界面能够显示发动机状态、发动机转速、当前时速、剩余油量、发动机温度等。1.2 整体设计 用系统工程的方法划分虚拟仪表设计工作,参照模块化软件开发规范,按照以下步骤实现汽车虚拟仪表: (1)分析OBD接口,设计硬件连接器,将电平转换到Android平台设备可接受的范围; (2)虚拟仪表软件初始化连接器,读取输入信号,解析OBO信号报文并以图形化的方式显示。系统子模块图如图1所示。2 OBD接口 根据ISO DIS 15031-3规范,OBD接口被定义为双排16针插座,有A、B两种外形规范,A用于小型乘用车,B用于载重汽车[2]。A型接口一般位于转向柱和汽车中线之间。16个引脚信号定义如下。 如图2,插座的02、06、07、10、14 和15号引脚用于传输不同的汽车通信协议,通常用其作为诊断通信接口。因为一个型号的汽车只使用一种协议,所以同一型号的汽车,只需要使用其中的一个接线柱。插座01、03、08、09、11、12 和13 未做分配,由车辆制造厂商自行定义。如第4节工程实测中使用的长城CC7130SM00 汽车,将11 脚定义为发动机防盗信号、12定义为ABS(Anti-locked Braking System)车轮防抱死信号、13脚定义为安全气囊信号。3 硬件连接器设计3.1 连接器设计 连接器的作用是将OBD接口输出信号转换为Android平台设备能够识别的信号并输入。此处选用ELM电子生产的OBD转RS232专用芯片ELM327作为连接器主控芯片,连接器一端连接OBD插座,OBD接口16号引脚为芯片供电,OBD信号通过芯片转换后从数据收发口RXD、TXD输出。基于ELM327的连接器组成框图如图3所示。3.2 电平转换 Android平台设备一般采用无线蓝牙、WLAN或有线USB端口进行数据通信,这里选择USB端口作为信号输入端口。ELM327输出的信号范围是0 V~12 V,Android平台设备USB端口接收的信号范围为0 V~5 V,两者不匹配[3],设计以PL2303芯片为核心的转换电路完成转换,电路图如图4所示。4 虚拟仪表软件设计

时间:2018-10-23关键词:汽车协议Android平台仪表

拆下这颗螺丝后,你还相信仪表读数吗?

一切都是从这句看来单纯无害的话开始:“你能帮我们把一颗螺丝拆下来吗?”我猜想是因为那位实验室成员没有正确的螺丝起子,这应该会是一件只要花五分钟就能完成的简单任务;但我的运气没那么好,还动用了碳化合金牙科钻头在已经凹陷的螺丝头上切出一个新的槽,好让螺丝能顺利拆卸。而当我拆下螺丝钉,这才发现为何那个实验想这么做──螺丝锁住的那台仪器的外壳下,全是干涸的盐份以及腐蚀在这里我应该要告诉你更多关于这台仪器的信息,它是用来量测液态样本的四种物理特性;待测样本透过独立的帮浦,以高压(700PSI)、恒定流速(每分钟1.0ml)供应。仪器内的一个烤箱配置了关键的传感器、毛细管、过滤器以及相关的管路,由比例-积分-微分控制器(PID)将温度控制在摄氏37度。我清理了仪器并在一团糟中找到了两个泄漏腐蚀的阀门,然后用一颗500美元的价格订购了替换品;在此同时,我还打磨了锈蚀的钢板表面并重新上漆,以避免进一步被腐蚀。把到货的新阀门安装好之后,我将系统中的空气排出,确认没有泄漏。一开始的测试显示其中三项量测功能运作良好,但第四项的黏性(viscosity)量测功能却显示不稳定的基线:出现了奇怪的正弦波干扰(sinusoidaldisturbance),且持续30分钟。那是什么导致了这种干扰?打电话给仪器制造商询问之后,得到的回答是:“如果有两个阀门是坏的,那第三个可能也是;”我绕过所有三个阀门,但这个改变没有什么不同,不是阀门的问题。我又绕过了好几个其他管路零件,一次一个,正弦波干扰仍顽固地存在。仔细阅读用户手册,里面指出系统内未排出的空气可能导致基线不稳定;但拆卸与清理之后也没有什么差别。这个测试似乎排除了系统内部空气这个原因的可能性,而且气泡怎么会导致正弦波干扰?抽离这个难题一个星期时间,能让我有一些时间可以思考;我再一次自己问自己:“什么原因会导致长时间的正弦波?”会是混迭(aliasing)吗?不太像,或许根本不是这台仪器本身的问题;又或许是向仪器供应流体的帮浦,在低流速时有30分钟的振荡?一样不太可能。我认为唯一可能导致这种低速干扰的原因与温度有关,这种想法在稍早之前也曾出现过几次,但温度控制器显示的温度一直是37°C;或许我不应该信任该读数。用独立的温度计测出那个烤箱的温度在30分钟的时间内,呈现42°C至44°C之间的正弦变化;我终于可能找对了方向!显然我是遇到了一个欠阻尼(underdamped)、“临界稳定”(marginallystable)控制回路--临界稳控制回路振荡,振幅不会随着时间放大或减小(如下图)。  看来是温度控制器出了问题;在拆解硬件之前,我决定先尝试软件解决方案--自动调节控制回路,强迫控制器计算该过程的最佳PID参数;这种重新调整有效,温度振荡消失了,黏度量测基线回归稳定,最后让使用者十分满意。但是记得在很久以前我上过的第一堂电路设计课程,被教导的是“别自满于你的电路设计成果,找出它顺利运作的原理。”我还是很疑惑为何PID参数必须被改变,我觉得我只是把一个硬件问题掩盖住了;除此之外,我担心的问题是烤箱温度还是比设定点高了6度。接着我恍然大悟:似乎是温度传感器并没有在温度上与烤箱正确耦合,现在看来是拆解硬件的时候了。就是这样!拆解与检测显示,传感器的固定螺丝不见了,因此温度传感器维持在稳定的37°C,不过烤箱温度却比较高而且一直振荡。我大概永远不会知道那颗固定温度传感器的螺丝跑去哪了,甚至它何时不见的也不会知道;但正确地将传感器固定之后,所有的问题都解决了。烤箱的温度稳定维持在37°C,更重要的是,仪器的黏度量测功能基线也完全稳定了。在这个案子学到的教训是:别相信所有你读到的,甚至是仪表读数;还有,如果有一个“错误”是长时间常数,在本质上大概就是温度。

时间:2018-10-15关键词:螺丝仪表

一种电流传感器的检测装置和方法一种电流传感器的检测装置和方法

创意无极限,仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利——电流传感器的检测装置和方法。该专利由比亚迪股份有限公司申请,并于2018年9月7日获得授权公告。内容说明本发明涉及电流传感器技术领域,特别涉及一种电流传感器的检测装置和方法。发明背景目前,检测电流传感器是否为良品的方法主要通过检测内嵌在电流传感器磁芯缝隙中的霍尔芯片是否被压弯来实现。首先,给被测的电流传感器提供+/-15V的工作电压,其次用磁性螺丝刀调节电流传感器中的电位器(例如电阻值为200k欧姆的电位器),观看万用表的读数是否有正负输出。如果输出值不在±20mv范围内,将其调节至±20mv以内。然后将磁性螺丝刀插入磁芯气隙内,即霍尔芯片的两侧,使霍尔芯片对磁性螺丝刀的磁场产生感应。此时,观看万用表上的数值是否在±10mv以内。当电流传感器处于静态工作时,用磁性螺丝刀当作一块磁铁,在电流传感器中的霍尔芯片处加一磁场。如果万用表读数超过±10mv,说明电流传感器中的霍尔芯片被压弯,则可判定该电流传感器为不良品;如果万用表读数在±10mv以内,则可判定该电流传感器为良品。现有技术中存在的缺点是,上述的测试方法通过人工操作进行测试,可能会产生误差,导致准确性非常差。具体而言,当霍尔芯片所在位置处于磁芯气隙中磁场强度最强的位置时,可以粗略地反应出电流传感器的静态输出,并不能准确的检测出霍尔芯片是否被压弯。当霍尔芯片所在的位置并不是处于磁芯气隙中磁场强度最强的位置时,霍尔芯片两侧的磁场不平衡,所以电流传感器的静态输出超出范围。因此,当霍尔芯片所在的位置并不是处于磁芯气隙中磁场强度最强的位置时,现有的测试方法并不适用,无法准确地检测霍尔芯片是否被压弯。发明内容本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此,本发明的第一个目的在于提出一种电流传感器的检测装置,通过测试电流生成器生成测试电流,并将该测试电流施加在导体上,控制器接收待测电流传感器生成的输出电压,并根据输出电压对待测电流传感器进行检测,提高了检测的准确性和可靠性,使得检测电流传感器时更加简便、智能化,有效地减少了电流传感器不良品的漏检。本发明的第二个目的在于提出一种电流传感器的检测方法。为达上述目的,根据本发明第一方面实施例提出了一种电流传感器的检测装置,包括:导体,所述导体穿插在待测电流传感器的磁环内;测试电流生成器,用于生成测试电流,并将所述测试电流施加在所述导体之上,以使所述待测电流传感器通过霍尔芯片对所述测试电流生成的磁场感应,从而生成输出电压;以及控制器,所述控制器与所述待测电流传感器的输出端相连接,用于接收所述待测电流传感器生成的输出电压,并根据所述输出电压对所述待测电流传感器进行检测。本发明实施例的电流传感器的检测装置,通过测试电流生成器生成测试电流,并将该测试电流施加在导体上,控制器接收待测电流传感器生成的输出电压,并根据输出电压对待测电流传感器进行检测,提高了检测的准确性和可靠性,使得检测电流传感器时更加简便、智能化,有效地减少了电流传感器不良品的漏检。本发明第二方面实施例提供了一种电流传感器的检测方法,包括以下步骤:将导体穿插在待测电流传感器的磁环内,并将测试电流生成器生成的测试电流施加在所述导体之上,以使所述待测电流传感器通过霍尔芯片对所述测试电流生成的磁场感应,从而生成输出电压,使所述待测电流传感器生成输出电压;控制与所述导体相连的所述测试电流生成器生成的测试电流;采集所述待测电流传感器生成的输出电压;根据所述输出电压对所述待测电流传感器进行检测。本发明实施例的检测方法,通过对测试电流生成器电源的控制,使对待测电流传感器进行检测时,实现了控制测试电流生成器的自动开启或关闭,有效地防止了电路短接,提高了检测时的安全性;并通过对测试电流生成器生成的测试电流的自动调整,代替了手动旋钮调整测试电流,为检测提供了便利,而且提高了检测的准确性。

时间:2018-09-30关键词:电流传感器电源技术解析仪表

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