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基于TMS320F2812的分布式温度采集记录仪的设计与实现




关键词:

  随着现代信息技术的飞速发展,分布式温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演了一个越来越重要的角色。因此,对温度采集控制系统的设计与研究就具有十分重要的意义。

  系统总体设计方案

  TMS320F2812是TI公司推出的150MHz高速处理能力的高精度定点数字信号控制器。本设计采用TMS320F2812作为数据处理与控制单元,以Maxim公司的单线数字温度计DS28EA00为基础,通过dsp控制温度传感器顺序采集各个测量点的温度,经处理送LED显示并暂存到外扩RAM中,当满足特定的要求时,将数据存储到U盘或SD卡以便于以后分析处理。温度采集记录仪的硬件电路主要包含6个部分:DS28EA00温度测量模块、USB接口模块、SD卡接口模块、外扩RAM模块、LED显示模块和TMS320F2812数字信号处理模块,系统总体框图如图1所示。

  图1 系统总体框图

  系统硬件设计

  1 DS28EA00温度测量模块

  ① 温度传感器选型

  实际环境复杂多变,通常要求温度传感器能够与DSP可靠地通信,易与供电及布线,并能明确区分出温度数据与温度传感器位置的对应关系,因此温度传感器的选型十分关键。传统的模拟温度传感测量系统测量精度低、布线复杂、易受干扰,而新型单片数字式温度传感器测量精度高、抗干扰能力强,应用范围越来越广。

  DS28EA00是业界首款具有链路功能的1-Wire数字温度传感器,具有9位(0.5℃)~12位(1/16℃)分辨率,且带有可由用户编程设置的非易失(NV)性温度上、下限报警触发点,报警搜索命令能够快速确定温度超出设定范围的器件。每个DS28EA00都具有工厂预先刻度的唯一64位序列号,只需一根数据线和地线就可通过1-Wire协议完成串行传输数据,支持     15.3kb/s的标准通信速率和125kb/s(最大值)的高速通信速率。经改进的1-Wire接口具有滞回和干扰滤波特性功能,使得DS28EA00能够在大的1-Wire网络中可靠工作。并且,与其他1-Wire温度计不同,DS28EA00具有两个额外的引脚用以执行顺序检测功能。该特性允许用户将器件在链路中的物理位置与序列号对应,如用来测量贮存塔不同高度处的温度。DS28EA00的供电和数据通信都是借助这条1-Wire线完成的。

  DS28EA00内部包括三个主要数据部分:(1)64位序列号,(2)64位暂存器,(3)报警和配置寄存器。所有1-Wire系统都有一个重要的基本特性:每个从机都有一个唯一、不能更改(ROM)的64位、工厂激光刻制序列号(ID),这个序列号永远不会与另一个器件重复。1-Wire ROM Function Control(1-Wire ROM功能控制)单元处理ROM功能命令,允许器件可以工作在一个多点网络环境中。Device Function Control(器件功能控制)单元用于实现对器件的特定操作和控制,如实现读/写、温度转换、设置顺序检测的链路状态。8bit CRC生成器在读取温度和寄存器数据时协助主机检验数据完整性。DSP通过GPIO口与DS28EA00的1-Wire(1线接口)总线接口相连进行通信,如图2所示。

  图2 测温模块原理图

  ② DS28EA00的序列检测硬件电路连接

  DS28EA00的链路功能允许1-Wire主机检索以线性网络(“链”)方式连接的器件,找出其物理顺序,这对于那些沿长电缆等间距安装的器件是非常方便的。链路功能需要两个引脚,输入引脚(EN)使器件在检测过程中能对检测做出响应,而输出引脚(DONE)用于通知链路中的下一个器件其相邻器件的检测已完成。

  DS28EA00的两个通用端口被复用以实现链路功能。PIOB被复用为EN输入,PIOA产生DONE信号并与下一个器件的EN输入相连,链路中第一个器件的EN输入需连接至GND,序列检测时的连接(由DSP充当1线主机)如图3所示。

  图3  DS28EA00序列检测硬件电路连接(链路功能)

  2 USB接口模块。

  本系统采用Cypress公司生产的嵌入式USB接口芯片SL811HST,内含USB主/从控制器,支持全速(full-speed)/低速(low-speed)数据传输,并能自动识别低速或者全速设备,SL811HST所提供的接口可与微控制器、DSP相连。此外,SL811HST内部有一个256字节的RAM,可用做控制寄存器或数据缓冲器。本系统中USB设备映射TMS320F2812外扩0区域,USB接口模块硬件电路图如图4所示。

  图4  USB接口模块硬件电路图

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