數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)與測(cè)試的方案設(shè)計(jì)

上海自動(dòng)化儀表四廠為了驗(yàn)證前述章節(jié)所設(shè)計(jì)的數(shù)字流量?jī)x表物聯(lián)系統(tǒng)，本章以電磁流量計(jì)為對(duì)象進(jìn)行物聯(lián)功能的適配與測(cè)試。shou先基于 DSP 芯片 TMS320F28069 和課題組現(xiàn)有的電磁流量計(jì)電源管理與勵(lì)磁模塊、信號(hào)采集與調(diào)理模塊、人機(jī)接口模塊設(shè)計(jì)數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)；然后將原電磁流量計(jì)系統(tǒng)軟件移植到數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)的數(shù)字信號(hào)處理與控制模塊的主處理器中運(yùn)行，并在原系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上適配物聯(lián) API函數(shù)庫(kù)以實(shí)現(xiàn)流量?jī)x表物聯(lián)功能；最后完成數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)物聯(lián)功能的測(cè)試工作，測(cè)試中使用的客戶端軟件由課題組其他同學(xué)完成。

數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)物聯(lián)方案設(shè)計(jì)

（1） 電磁流量計(jì)系統(tǒng)組成

電磁流量計(jì)是一種適用于測(cè)量導(dǎo)電液體的流量的儀表，儀表由兩部分組成，分別是傳感器（一次儀表）、變送器（二次儀表）[39]。傳感器負(fù)責(zé)將導(dǎo)電液體的流量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，變送器負(fù)責(zé)采集傳感器輸出的電壓信號(hào)并通過軟硬件的濾波處理后得到液體的流速。電磁流量計(jì)變送器硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，電磁流量計(jì)變送器系統(tǒng)由信號(hào)采集與調(diào)理模塊、數(shù)字信號(hào)處理與控制模塊、電源管理與勵(lì)磁模塊、人機(jī)接口模塊四部分組成。

信號(hào)采集與調(diào)理模塊主要用于實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)傳感器電極信號(hào)和勵(lì)磁電流信號(hào)的拾取、調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能；數(shù)字信號(hào)處理與控制模塊主要用于實(shí)現(xiàn)傳感器電極信號(hào)、勵(lì)磁電流信號(hào)的讀取與處理、流量計(jì)算結(jié)果的輸出、勵(lì)磁信號(hào)控制等功能；人機(jī)接口模塊主要用于測(cè)量結(jié)果顯示、儀表設(shè)置等功能；電源管理與勵(lì)磁控制模塊用于為整個(gè)硬件系統(tǒng)的不同模塊提供可靠的工作電壓并為傳感器勵(lì)磁線圈提供勵(lì)磁電流，使線圈在流量計(jì)殼體內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

（2） 數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)方案

本設(shè)計(jì)選用 TI 公司的 TMSF320F28069 芯片作為數(shù)字信號(hào)處理與控制模塊的主控核心，該芯片的主頻最高可達(dá)90MHz，單指令周期為 11.11ns。芯片采用改進(jìn)的哈佛架構(gòu)(Harvard Architecture)，使得指令操作和數(shù)據(jù)讀取可以并行進(jìn)行，而 32位數(shù)據(jù)與外設(shè)總線可確保內(nèi)核、存儲(chǔ)器以及外設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，芯片內(nèi)部建立了八級(jí)流水線，一個(gè)周期就可以完成一次乘加運(yùn)算，非常適用于對(duì)實(shí)時(shí)性和精度要求較高的數(shù)字信號(hào)處理算法。TMS320F28069 有 100 個(gè)引腳，芯片內(nèi)部集成了豐富的外設(shè)資源，通過合理外設(shè)資源分配以及對(duì)部分的外設(shè)資源進(jìn)行功能的分時(shí)復(fù)用可以完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)的全部功能，TMS320F28069 片內(nèi)的資源分配圖。數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)變送器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中信號(hào)采集與調(diào)理模塊、電源管理與勵(lì)磁模塊、人機(jī)接口模塊是現(xiàn)有模塊，數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)方案中描述的數(shù)字信號(hào)處理與控制模塊為本章設(shè)計(jì)內(nèi)容。

數(shù)字信號(hào)處理與控制模塊以 TMSF320F28069 為主控核心，在芯片外圍設(shè)計(jì)擴(kuò)展流量?jī)x表常用的功能電路，其中4~20mA 輸出電路、脈沖輸出電路、RS485 電路沿用實(shí)驗(yàn)室成熟的設(shè)計(jì)方案，其余部分則進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。

2、數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)物聯(lián)功能測(cè)試

物聯(lián)功能測(cè)試方案設(shè)計(jì)

（1）測(cè)試系統(tǒng)組成

數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)由四部分組成，分別數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)二次儀表、流速模擬器、調(diào)試設(shè)備、上位機(jī)軟件，數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)測(cè)試系統(tǒng)。

數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)二次儀表：實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量與結(jié)果顯示功能并作為數(shù)字流量?jī)x表物聯(lián)系統(tǒng)功能驗(yàn)證的平臺(tái)。數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)二次儀表中的數(shù)字信號(hào)處理與控制模塊電路板。

流速模擬器：模擬電磁流量計(jì)一次儀表，為數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)二次儀表提供傳感器信號(hào)。調(diào)試設(shè)備：用于運(yùn)行上位機(jī)軟件以進(jìn)行數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)物聯(lián)功能測(cè)試。

上位機(jī)軟件：用于數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)物聯(lián)功能測(cè)試，總共包含兩種上位機(jī)軟件，分別是支持 Modbus-TCP 協(xié)議的Modbus-TCP 調(diào)試助手和支持私有協(xié)議的客戶端軟件。

（2）測(cè)試內(nèi)容

測(cè)試內(nèi)容分為兩部分，分別是基于 Modbus-TCP 協(xié)議的數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)物聯(lián)功能測(cè)試和基于私有協(xié)議的數(shù)字物聯(lián)電磁量計(jì)物聯(lián)功能測(cè)試。 基于 Modbus-TCP 協(xié)議的數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)物聯(lián)功能測(cè)試包括 Modbus 主從設(shè)備的 TCP 連接測(cè)試、Modbus 主設(shè)備讀取從設(shè)備輸入寄存器值測(cè)試。

上海自動(dòng)化儀表四廠基于私有協(xié)議的數(shù)字物聯(lián)電磁流量計(jì)物聯(lián)功能測(cè)試包括客戶端軟件與物聯(lián)模塊 TCP 連接測(cè)試、儀表日志數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試、儀表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試。