基于TMS320F2812的智能变送器

在工业应用中常使用传感器测量参数，但传感器信号一般较弱，并不适合远距离传输，而且非线性效果不理想，达不到较高的精度需求。本文将DSP和eCAN(增强型控制器局域网)总线技术应用于智能变送器中，以TMS320F2812为核心控制器，将数据通过CAN总线进行可靠通信，设计一种高精度智能变送器。

1 系统组成

基于eCAN现场总线技术的智能变送器由上位机和智能测控节点构成。位于监控现场的上位机采用通用计算机(PC)或工控机(ICP)，在ISA扩展槽使用1块总线通信适配卡，使上位机具有总线通信功能；而位于工业现场的多个智能测控节点采集现场数据。直接面向生产过程。图l为系统组成框图。

2 eCAN智能变送节点的硬件设计

智能变送器节点具有现场数据采集、控制以及与CAN总线通信功能。节点是以TMS320F2812型DSP为核心，利用其内部集成的eCAN模块进行通信。其硬件电路由4部分组成：单片机微控制器电路、数据采集电路、通信接口电路以及现场监控电路。其主要应用电路如图2所示。

TMS320F2812通过SPI串行接口与MAXl400连接，数据经过处理后，通过光电隔离和电源隔离实现CPU单元的隔离保护，提高通信过程的抗干扰能力。

2．1 单片机微控器

本装置的核心器件为TMS320F2812。TMS320F2812 DSP内部集成有eCAN模块，完全兼容CAN2．0B协议，是TI公司新一代32位内部结构的高级CAN控制器。该器件还集成有多种先进的外设，为控制领域的应用提供了良好的平台。TMS320F2812型DSP提高了运算精度(32位)和系统的处理能力(最高达到150 MI／s)。该系列器件还集成有128 KB的Flash存储器，4KB的引导ROM，数学运算表及2 KB的0TPROM，从而大大改善应用的灵活性。

2．2 数据采集

传感器模块是实现eCAN通信的通信终端设备之一。上位机的控制命令信息由微处理器处理后，利用传感器进行数据采集或对其进行参数设置。通常输入传感器的信号幅值很小，而且混杂干扰信号以及噪声。为了方便后续处理，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化。本装置可以直接与现场各种传感器连接，然后通过屏蔽双绞线与上位机双向数据传输。

在调试中采用半导体压阻传感器。为提高满量程输出，减少零点漂移和提高线性度，通常把感压电阻连成惠斯登电桥，每个桥臂电阻都比较大，一般为2 kΩ。采用恒流源供电，这种方式的优点是电桥的输出与桥臂电阻无关，同时采用双电源供电，所以可进一步减小对传感器的非线性和温度传感器输出灵敏度的影响。

在模数转换方面，不采用TMS320F2812内部A／D转换器，需要一个增益可调的仪表放大器和一个分辨率至少在14位A／D转换器实现对传感器信号的放大和模数转换，这样才能达到智能变送器的高精度、自动调节量程、大量程的设计要求。对于任何智能变送器，还需要对各种传感器进行采样，从而对各种传感器对现场数据测量值进行补偿，提高全范围的测量精度。这样，还需要一个多路转换器实现通道间的切换。如果选用分立元件，必然会引入相当大的功耗。这里用MAXl400器件。该器件为低功耗、多通道、带SPI同步串行口的∑／△、分辨率达18位的A／D转换器。

作者：葛化敏 张彭程 陈 永   来源：电子设计工程