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一种网络传感系统智能变送器设计
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2017 电力行业节能技术研讨会 476 现数据信息的网络共享;从控制执行器的角度来讲, 其操作过程与传感器正好相反,STIM 模块接到来自 NCAP 模块的控制命令后,由核心处理器选通相应的 变送器通道,再对现场的执行器操作控制。NCAP 模 块通过软件程序指令访问电子数据表格 TEDS,对电 子数据表格中的数据进行读和写操作,并借助它实 现对前端传感器和执行器的在线处理和校正等功能。 STIM 模块的主控程序、地址和函数模块存储在 F28335 的片内自带的 FLASH 中;考虑到电子数据表 格 TEDS 需要存储大量的数据,F28335 自带的 FLASH 可能不够用, 故将其存放在外扩的 FLASH 中; F28335 内核的应用程序下载经异步串行口 UART 进行运行; 为了方便实际研究过程中的下载和调试,在系统设 计过程中增加 RS232 接口, 以降低开发成本, 对 STIM 模块与 NCAP 模块之间的 TII 接口进行简化。 图 3 STIM 模块的结构框图 2 硬件设计 图 4 STIM 与 TMS320F28335 的功能模块映射 根据前面介绍的 STIM 的模块化处理,将它们与 TMS320F28335 内部的资源相对应,它们的功能模块 映射图如图 4 所示。STIM 控制和通道数据块存储在 F28335 自带的 128K 空间的 FLASH 中,STIM 模块的 变送器通道模块与 F28335 的 16 个 ADC 通道相对应, 用 RS232 通信接口替代 TII 通信串行接口。STIM 的 电子数据表 TEDS 模块存储在外扩的数据存储空间中, 地址和函数模块放在外扩的程序存储空间。 2.1 传感器通道设计 理想情况下,在智能变送器(STIM)前端可以 带有 255 个传感器/执行器,实现前端多传感器和执 行器的同时采集与控制功能,而在实际设计过程中, 就考虑到传感器的具体型号、种类、功能各不相同, 暂时先实现其六个通道:四个传感器通道,两个执 行器通道,这样基本上能够满足目前的实际需求, 如需额外增加其通道可以在预留懂得接口上加以扩 展,实现多传感器的同时工作。由于不同传感器, 其输出方式也各不相同,可能是数字信号,也可能 是模拟信号,这就需要在设计过程中先对其设计信 号调理电路,以保证能够在接连不同传感器时能够 保证输送到 STIM 模块中。按照系统需要实现的实际 功能,可以对 TEDS 存储器中的参数进行相应改变即 可。所测模拟信号可由信号调理电路放大和滤波之 后传送到 TMS320F28335 中。 2.2 信号调理模块 在智能变送器硬件设计中,信号调理模块主要 有两部分组成,分别是信号放大电路和滤波电路。 信号的放大电路分别以 AD549 和 TL081 为核心,组 成二级放大电路。一级放大电路的反馈部分采用 T 型反馈电阻网络,在反馈回路中需要并联电容对电 路的频率进行补偿;二级放大电路由电压串联的负 反馈网络构成。如图 5 所示,一级放大电路选用超 低输入偏置电流运算放大器 AD549 进行设计,二级 放大电路选用宽带 JFET 型运算放大器 TL081 进行电 压串联负反馈网络的设计,对采集信号进一步放大。 滤波电路是由巴特沃斯低通型滤波电路与 50Hz 陷波电路联合构成,具体电路如图 6 中所示。其中, 巴特沃斯滤波电路选用二阶低通滤波,电路的截止 频率大小设置为为 100Hz。

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