采用振弦式传感器的液压测量仪

　　1　引言

　　最初,用于测量振弦式传感器输出频率的测量仪器(简称测频仪)多是只能测量频率的简单仪器,测量人员必须带笔带纸,随时记录每一个传感器的测量 值,手工计算出所对应的物理量,工作量大。随着计算机的普及,出现了和PC计算机联机进行测量和数据处理的测频系统,大多通过串口进行通信。

        随着计算机外设的性能改进,出现了USB接口,其速度和操作的性能都优于串口,使用USB接口的设备也在迅速发展, USB将成为设计外设时的首选总线。因此,最近有关公司联合研制了一种用于煤矿水位监测和石油勘探中测量压力的电子仪,它采用了振弦式传感器、单片机和 USB接口技术,系统的自动化程度、可靠性和测试精度已达到当前国内先进水平。其主要特点是:实时处理,数据自动存储、显示,与PC机通过USB接口进行 通讯,操作方便,体积小、重量轻、便于携带。

　　2　系统的硬件设计

　　整个系统的硬件结构如图1所示,其功能简述如下:

　　整个系统由单片机AT89C51控制,也可以从PC机控制。控制继电器由单片机控制,实现激振信号和传感器振荡信号的切换,激振信号由单片机产 生,由激振电路产生稳定的驱动信号去激励振弦式传感器,传感器的自由振荡信号通过检测电路放大整形后送入单片机,由单片机完成测频。在键盘的控制下来控制 测量过程和液晶显示器的显示内容,测量结果可以存储在数据存储器中,也可以通过USB接口传到PC机中,在微机中进行处理。USB接口完成测量仪和微机之 间的通信,由协议也可以完成微机对测量仪的控制。本实例中USB接口芯片采用PHILIPS公司的PDIUSBD12芯片[4][5]。

　　3　测量系统的软件设计

　　3.1　USB设备的固件开发

　　整个USB设备的程序包括测量、处理以及和PC机的通信,这里仅介绍一下和通信有关的固件的开发。

　　USB接口通信的过程比串口要复杂得多,在开发的过程中要了解许多相关的概念,较详细的情况请参考文献[6],在此仅简述一下飞利浦的PDIUS-BD12芯片基本特性和控制方式,并给出一个DMA功能设置实例。

　　飞利浦的PDIUSBD12芯片(以下简称D12)符合USB1.1版规范,内部集成SIE、320byte的FIFO缓存、收发器以及电压调 整电路和终结电阻器,提供2Mbyte/s速率的并行接口,具有全自治本地DMA功能,芯片提供的多重中断模式有利于批量和等时数据传输模式。 PDIUSBDl2和其他常见的接口芯片一样,也是通过向芯片写入控制字来操作的。PDIUSB-Dl2的控制字分为初始化命令、数据流命令和通用命令3 种基本类型。在USB网络枚举过程中使用初始化命令,这些命令用来启动设备、设置地址、端点和工作模式。数据流命令用于管理USB和微控制器之间的数据 流。很多数据流是通过一个发给微控制器的中断请求开始的。控制器使用数据流命令来存取数据,确认在FIFO中的数据是否有效。通用命令执行在数据传输过程 中使用的一些命令。主要包括恢复和读取当前帧号。