基于DSP的气体分析仪器CAN智能节点的设计

　　0　引言

　　在经历了从模拟式测量到智能型高精度、高稳定性的数字化测量、运算分析、诊断及控制等功能的跨越发展之后,分析仪器正在朝着以通信为基础的网络化、信息化方向发展。也就是说,具有检测、监控、信息传输特征的数字化仪器已经成为集监、管、控综合功能为一体的网络系统最前端的网络神经元。本文所讨论的就是基于DSP的多组分气体分析仪器作为CAN总线网络智能节点的设计。

　　CAN是国际上应用最广泛的现场总线之一,是1986年由德国Robert Bosch公司提出的一种串行总线,最早用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。CAN使用了一种串行多控制方通信协议,它可以有效地支持分布式实时控制,并且具有很高的安全性和高达1Mbps的通信速率。由于CAN具有多主站控制、无破坏性总线仲裁、可靠的检错和重发机制以及故障节点的判断和自动脱离等显著优点,在充斥噪声和其他要求苛刻的环境中得到越来越广泛的应用,其应用领域也随之不断地扩大[1]。

　　1　智能节点硬件设计

　　图1为基于DSP的多组分气体分析仪的结构框图。仪器采用功能强大的CPU,可实时快速地测定各种燃烧设备的各项热工参数。根据测量数据,通过自动调节装置调整风量,保持适当的空气/燃料比,使燃料系统达到最佳运行状态,以获得最高的燃烧效率和最低的燃料消耗。仪器还可以测定CO、SO2、NO、NO2、烟气黑度等参数,并配有液晶屏、键盘等外设[2]。

　　工业现场的各种气体浓度通过各种传感器转化为电信号,处理后的电信号经A/D转换模块把模拟信号转换为数字信号量送至CPU处理,然后在LCD上显示。同时,也需要友好的人机界面实现用户对仪器以及各种参数的控制。

　　设计中把整个仪器分为DSP数字和模拟信号两个部分实现。这两个部分通过扩展数据接口进行通信。这种方法大大减少了模拟信号对数字信号处理器的干扰,为DSP系统提供了一个良好的工作环境。工业现场有些气体传感器要有恒定的工作温度,所以在模拟信号部分加入PID温控模块。开关量输出模块用于实现对现场的远程控制。

　　该气体分析仪器选用TMS320F2812作为主控制器。TMS320F2812是TI公司推出的一款用于控制领域的32位数字信号处理器,它主频最高可达150MHz、支持单周期32×32位MAC功能、具有4MB的程序/数据寻址空间以及片上12位模数转换器(ADC)、有8级流水线、专门的读、写等6条总线。同时,它集成了SPI、eCAN等功能模块,提高了开发效率。TMS320F2812中的CAN控制器集成了CAN总线的物理层和数据链路层,与CAN 2. 0B协议完全兼容,CAN可靠的错误检测以及处理功能都是由控制器的链路层自动完成的。带有32个可配置的接收/发送邮箱,支持消息的定时邮递功能,最高通信速率可以达到1Mbps。