張博等

【摘 要】本文提出了一種基于DSP的主扇風(fēng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)方案。平臺(tái)硬件以DSP芯片TMS320F2812為核心，通過(guò)集成CAN總線接口實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸。該采集模塊靠近風(fēng)機(jī)安裝，依靠DSP的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)了就地完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)。該模塊使數(shù)據(jù)采集更為可靠，成為分布式監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，并且減少了線纜鋪設(shè)。

【關(guān)鍵詞】主扇風(fēng)機(jī)；數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；TMS320F2812

【Abstract】A design scheme of the vibration data acquisition module for coal mine main fan based on the DSP technology is proposed. The DSP chip TMS320F2812 is taken as the core of the hardware of the module， and the monitoring datas transmission is realized via integrated CAN bus. The module is installed next to the main fan， rely on the powerful DSP chip， so the acquisition， processing and storage of the vibration data can be accomplished locally. This module ensures more reliable data acquisition， and compose a important module of the distributed system， and also decrease the number of the wires.

【Key words】Main fan； Data acquisition module； TMS320F2812

0 導(dǎo)論

主扇風(fēng)機(jī)工況監(jiān)測(cè)在煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)中扮演十分重要的角色，如果設(shè)備出現(xiàn)故障而又未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除，除了可能導(dǎo)致設(shè)備自身的損壞外，更嚴(yán)重的將會(huì)造成人員傷亡。對(duì)于典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，對(duì)振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)和診斷是目前管理維護(hù)的有效手段。不僅理論成熟，而且應(yīng)用也十分廣泛，對(duì)于各種故障分類都能有效識(shí)別。

振動(dòng)信號(hào)較其他工況特征信號(hào)具有數(shù)據(jù)量大，信號(hào)頻率高，測(cè)點(diǎn)多的特點(diǎn)。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要，采用DSP技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)處理的速度，使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以選用采樣速率和精度較高的振動(dòng)傳感器。就地安裝數(shù)據(jù)采集儀器可以直觀的進(jìn)行故障報(bào)警，振幅顯示，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在離線工作模式下，可以將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)取出另行分析。對(duì)于整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，除了振動(dòng)信號(hào)，還要關(guān)心溫度，壓力，以及電機(jī)的電流電壓等信號(hào)。因此采集裝置處于在線工作模式時(shí)，應(yīng)該設(shè)計(jì)不止一種的靈活的通信接口?；蛘吲c其他智能監(jiān)測(cè)設(shè)備統(tǒng)一，共用通信總線；或者能與上位機(jī)高速通信，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)接線。針對(duì)具體現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)適合的裝置系統(tǒng)，節(jié)約資源，降低成本。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

振動(dòng)傳感器選用壓電式加速度傳感器，在振動(dòng)的過(guò)程中，將振動(dòng)的量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。傳感器輸出的模擬電信號(hào)需要經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理才能夠使用。信號(hào)的預(yù)處理電路包含有跟隨保持電路、放大電路、以及濾波電路等來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。這樣處理一方面可以降低干擾，另一方面也將信號(hào)處理成符合后續(xù)模塊輸入要求的信號(hào)。我們?cè)O(shè)計(jì)采用擁有8路輸入的AD芯片MAX1320來(lái)作為外接AD模塊處理調(diào)理后的信號(hào)，將不超過(guò)量程的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以被直接處理的數(shù)字信號(hào)。這些數(shù)字信號(hào)通過(guò)并行通信線輸入到下位機(jī)采集系統(tǒng)的核心DSP芯片TMS320F2812內(nèi)。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后和時(shí)間一同被儲(chǔ)存在下位機(jī)的專門的存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)部，以便在通信中斷的情況下還可以保存采集到的振動(dòng)信號(hào)。如果與上位機(jī)通信正常，那么DSP芯片就把采集到的原始數(shù)據(jù)直接上送至上位機(jī)。設(shè)計(jì)了CAN總線接口來(lái)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)圍繞DSP核心芯片對(duì)其硬件設(shè)計(jì)如圖2。DSP芯片外接電源電路，時(shí)鐘電路以及JTAG電路構(gòu)成最小系統(tǒng)。振動(dòng)信號(hào)通過(guò)振動(dòng)傳感器采集后再通過(guò)信號(hào)預(yù)處理電路進(jìn)行調(diào)理，經(jīng)過(guò)外接高速高精度AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入DSP芯片內(nèi)部。此外，在數(shù)據(jù)采集板上還集成了1602LCD液晶屏幕進(jìn)行就地顯示，USB存儲(chǔ)模塊進(jìn)行就地的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。還有與上位機(jī)的通信模塊。

2.1 TMS320F2812

目前，數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor，簡(jiǎn)稱 DSP）已成為信號(hào)處理技術(shù)的主流。由于TI公司的TMS320系列DSP芯片具有價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易用和功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。它已逐漸成為目前最有影響、最成功的DSP系列處理器之一。

TMS320F2812芯片是TI公司推出的運(yùn)算精度為32位的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，特別適用于有大批量數(shù)據(jù)處理的測(cè)控場(chǎng)合，如數(shù)據(jù)采集，工業(yè)自動(dòng)化控制，電力電子技術(shù)應(yīng)用，電機(jī)伺服控制系統(tǒng)等。

該芯片具有高性能的CPU，能在一個(gè)指令周期內(nèi)完成32*32位的乘法累加運(yùn)算，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)150MHz，。采用增強(qiáng)型哈佛總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序指令存儲(chǔ)分開(kāi)，大大提高了尋址效率。該數(shù)字信號(hào)處理器集成了豐富的片內(nèi)存儲(chǔ)，具有外部擴(kuò)展接口XINTF，高達(dá)1MW的尋址空間；可以靈活配置DSP與擴(kuò)展芯片間的時(shí)序；提供了三個(gè)獨(dú)立的片選信號(hào)。還包含2個(gè)8通道輸入的多路開(kāi)關(guān)， 12位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器。片上含兩個(gè)事件管理模塊（EVA，EVB），設(shè)計(jì)用于脈沖帶寬調(diào)制PWM（Pulse Width Modulation）輸出，轉(zhuǎn)速測(cè)量，脈寬測(cè)量等，為電機(jī)及功率變換控制提供了良好的控制功能。在接口方面，有豐富的串行接口外設(shè)，包含2個(gè)通用異步串行高速通信接口（SCI），1個(gè)通用同步串行外設(shè)接口（SPI），1個(gè)CAN總線接口（ECAN），1個(gè)多通道緩沖串口（McBSP）。[1-3]

2.2 A/D芯片

本模塊選用了Maxim 公司生產(chǎn)的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX1320，該芯片為14位8通道并行采集，采用了逐次逼近法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將輸入的-5V～+5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為14位數(shù)字信號(hào)，每個(gè)通道具有獨(dú)立的采樣保持電路。

MAX1320的工作原理

設(shè)計(jì) MAX1320 采樣模式時(shí)候，可以將 CONVST 管腳接高電平，在數(shù)據(jù)采集開(kāi)始前，向D0～D7中寫入1，讓其數(shù)據(jù)線 D0～D7都被選通。而對(duì)于采集結(jié)果讀取，也可以使用第二種方式，即全部轉(zhuǎn)換結(jié)束后再將8路數(shù)據(jù)一起讀取。數(shù)據(jù)采集結(jié)果，通過(guò)數(shù)據(jù)總線輸出給DSP，讓DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。同時(shí)，考慮到系統(tǒng)所處環(huán)境惡劣，如果使用外部時(shí)鐘，很容易受到外界干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確。因而，對(duì)于時(shí)鐘的選擇，采用內(nèi)部10M時(shí)鐘，它足以滿足該系統(tǒng)要求。其典型設(shè)計(jì)如圖3.10，應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖4所示[4]。

2.3 CAN總線通信模塊

CAN總線是德國(guó)BOSCH公司研究開(kāi)發(fā)的一種串行通信總線協(xié)議。在20世紀(jì)80年代初，現(xiàn)代汽車中各種裝置之間需要的數(shù)據(jù)通信量變大，而且需要通信的設(shè)備也變多，每對(duì)設(shè)備之間都要接線顯然不再合適。為了解決這個(gè)問(wèn)題，BOSCH公司開(kāi)發(fā)了CAN總線協(xié)議。CAN總線的通信速率最高可以達(dá)到1Mbps（通信速率會(huì)隨著傳輸距離的增加而降低）。由于其開(kāi)放性和可靠性，CAN總線被廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控、汽車電子、樓宇自動(dòng)化等方向。在建立串行通信分布式工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，CAN總線非常的合適使用。與其他一些現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相比較而言，CAN總線主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）成本低，通信速率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、只有2根線與外部相連接，適和高速、遠(yuǎn)距離傳輸。

（2）多主方式工作。CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有主從關(guān)系，而是根據(jù)協(xié)議獲取總線的使用權(quán)。

（3）采用非破壞性仲裁技術(shù)。在同一時(shí)間，當(dāng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)上有超過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，協(xié)議控制器根據(jù)規(guī)定進(jìn)行仲裁，優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)獲得總線使用權(quán)，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，其他節(jié)點(diǎn)在仲裁失敗后自動(dòng)停止發(fā)送。

（4）在CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，切斷節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，避免了導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路狀態(tài)，從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象，也使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。

（5）在節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息遭到破壞的時(shí)候，由接收端判斷后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)重發(fā)該信息。

（6）抗干擾能力強(qiáng)，在傳輸中受到干擾的可能較小，附帶校驗(yàn)等其他手段使得數(shù)據(jù)出錯(cuò)后能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

TMS320F2812芯片內(nèi)置了增強(qiáng)型控制器局域網(wǎng)ECAN（Enhanced Controller Area Network ）模塊。該模塊完全支持CAN2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。在組成每幀數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)接受和發(fā)送11位、29位標(biāo)識(shí)符。CAN2.0總線的最高傳輸速率可達(dá)到1Mbps，支持時(shí)間觸發(fā)。當(dāng)CAN總線節(jié)點(diǎn)接收?qǐng)?bào)文時(shí)，ECAN模塊提供32個(gè)接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及將近20個(gè)過(guò)濾器寄存器用于將報(bào)文中的數(shù)據(jù)位提取出來(lái)。還提供了一個(gè)FIFO報(bào)文緩沖區(qū)，能夠最多容納32個(gè)報(bào)文。當(dāng)發(fā)送報(bào)文時(shí)，ECAN模塊提供8個(gè)可以根據(jù)需要設(shè)置為報(bào)文緩沖區(qū)的寄存器。

PCA82C250為CAN總線提供電平轉(zhuǎn)換的服務(wù)，將DSP能夠識(shí)別的TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換后與CAN總線的物理總線相連。如圖5所示，DSP通過(guò)CANTX和CANRX兩個(gè)引腳與PCA82C250芯片的D和R兩個(gè)引腳相連接，。PCA82C250芯片的CANL和CANH兩個(gè)引腳直接掛接在總線上。

2.4 USB存儲(chǔ)模塊

CH375是由南京沁恒公司生產(chǎn)的USB接口芯片，他支持DSP芯片通過(guò)USB通用串行總線與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。CH375與DSP通過(guò)8位數(shù)據(jù)通信線相連，還有讀寫控制線以及片選信號(hào)線。通過(guò)CH375內(nèi)置的通信協(xié)議固件，DSP芯片可以直接與掛接在USB總線上的大容量存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。讀寫過(guò)程中，可以以扇區(qū)為基本單位，也可以以字節(jié)為基本單位將數(shù)據(jù)讀出或者寫入U(xiǎn)SB存儲(chǔ)設(shè)備，包括U盤、USB硬盤等。

USB總線一共有四根通信線，分別是一根5V的電源線，一根電源地線，還有兩根數(shù)據(jù)信號(hào)線通過(guò)UD+和UD-引出。TXD引腳經(jīng)過(guò)下拉電阻接地時(shí)，芯片以并口方式工作，D0～D7為并行數(shù)據(jù)線。TXD引腳懸空或者未經(jīng)下拉電阻接地時(shí)，芯片以串口方式工作，TXD和RXD與DSP芯片交換數(shù)據(jù)。工作時(shí)需要外部提供一個(gè)高頻晶振接在X0和X1兩個(gè)引腳之間[5]。見(jiàn)圖6。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的初始化程序結(jié)束后，進(jìn)入串口中斷掃描程序，檢查是否產(chǎn)生了串口中斷。產(chǎn)生串口中斷后，根據(jù)產(chǎn)生的中斷標(biāo)志來(lái)執(zhí)行下一步的命令。根據(jù)產(chǎn)生的中斷標(biāo)志的不同分別進(jìn)行信號(hào)采集、數(shù)據(jù)顯示、越限報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鳌?/p>

4 結(jié)束語(yǔ)

基于DSP的主扇風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)采集模塊，其具有強(qiáng)大的就地功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)主扇風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)處理傳輸及離線模式的數(shù)據(jù)就地存儲(chǔ)等功能。該模塊具有高性價(jià)比、高集成度、高精度以及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，這為煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的分布式設(shè)計(jì)打下了良好基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]韓豐田.TMS320F281xDSP原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009，4.

[2]蘇奎峰，呂強(qiáng)，耿慶峰，陳圣儉.TMS320F2812原理與開(kāi)發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005，4.

[3]趙成.DSP原理及應(yīng)用技術(shù)-基于TMS320F2812的仿真與實(shí)例設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012，1.

[4]王亮.基于DSP+ARM的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].四川：電子科技大學(xué)，2013.

[5]劉建峰，劉愛(ài)華.基于CH375的海量數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)，2006，2-44.

[6]丁鋮.基于ARM和CAN總線的綜采液壓支架壓力監(jiān)測(cè)平臺(tái)的研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)〈北京〉，2013.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]

2.2 A/D芯片

本模塊選用了Maxim 公司生產(chǎn)的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX1320，該芯片為14位8通道并行采集，采用了逐次逼近法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將輸入的-5V～+5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為14位數(shù)字信號(hào)，每個(gè)通道具有獨(dú)立的采樣保持電路。

MAX1320的工作原理

設(shè)計(jì) MAX1320 采樣模式時(shí)候，可以將 CONVST 管腳接高電平，在數(shù)據(jù)采集開(kāi)始前，向D0～D7中寫入1，讓其數(shù)據(jù)線 D0～D7都被選通。而對(duì)于采集結(jié)果讀取，也可以使用第二種方式，即全部轉(zhuǎn)換結(jié)束后再將8路數(shù)據(jù)一起讀取。數(shù)據(jù)采集結(jié)果，通過(guò)數(shù)據(jù)總線輸出給DSP，讓DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。同時(shí)，考慮到系統(tǒng)所處環(huán)境惡劣，如果使用外部時(shí)鐘，很容易受到外界干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確。因而，對(duì)于時(shí)鐘的選擇，采用內(nèi)部10M時(shí)鐘，它足以滿足該系統(tǒng)要求。其典型設(shè)計(jì)如圖3.10，應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖4所示[4]。

2.3 CAN總線通信模塊

CAN總線是德國(guó)BOSCH公司研究開(kāi)發(fā)的一種串行通信總線協(xié)議。在20世紀(jì)80年代初，現(xiàn)代汽車中各種裝置之間需要的數(shù)據(jù)通信量變大，而且需要通信的設(shè)備也變多，每對(duì)設(shè)備之間都要接線顯然不再合適。為了解決這個(gè)問(wèn)題，BOSCH公司開(kāi)發(fā)了CAN總線協(xié)議。CAN總線的通信速率最高可以達(dá)到1Mbps（通信速率會(huì)隨著傳輸距離的增加而降低）。由于其開(kāi)放性和可靠性，CAN總線被廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控、汽車電子、樓宇自動(dòng)化等方向。在建立串行通信分布式工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，CAN總線非常的合適使用。與其他一些現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相比較而言，CAN總線主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）成本低，通信速率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、只有2根線與外部相連接，適和高速、遠(yuǎn)距離傳輸。

（2）多主方式工作。CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有主從關(guān)系，而是根據(jù)協(xié)議獲取總線的使用權(quán)。

（3）采用非破壞性仲裁技術(shù)。在同一時(shí)間，當(dāng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)上有超過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，協(xié)議控制器根據(jù)規(guī)定進(jìn)行仲裁，優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)獲得總線使用權(quán)，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，其他節(jié)點(diǎn)在仲裁失敗后自動(dòng)停止發(fā)送。

（4）在CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，切斷節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，避免了導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路狀態(tài)，從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象，也使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。

（5）在節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息遭到破壞的時(shí)候，由接收端判斷后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)重發(fā)該信息。

（6）抗干擾能力強(qiáng)，在傳輸中受到干擾的可能較小，附帶校驗(yàn)等其他手段使得數(shù)據(jù)出錯(cuò)后能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

TMS320F2812芯片內(nèi)置了增強(qiáng)型控制器局域網(wǎng)ECAN（Enhanced Controller Area Network ）模塊。該模塊完全支持CAN2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。在組成每幀數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)接受和發(fā)送11位、29位標(biāo)識(shí)符。CAN2.0總線的最高傳輸速率可達(dá)到1Mbps，支持時(shí)間觸發(fā)。當(dāng)CAN總線節(jié)點(diǎn)接收?qǐng)?bào)文時(shí)，ECAN模塊提供32個(gè)接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及將近20個(gè)過(guò)濾器寄存器用于將報(bào)文中的數(shù)據(jù)位提取出來(lái)。還提供了一個(gè)FIFO報(bào)文緩沖區(qū)，能夠最多容納32個(gè)報(bào)文。當(dāng)發(fā)送報(bào)文時(shí)，ECAN模塊提供8個(gè)可以根據(jù)需要設(shè)置為報(bào)文緩沖區(qū)的寄存器。

PCA82C250為CAN總線提供電平轉(zhuǎn)換的服務(wù)，將DSP能夠識(shí)別的TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換后與CAN總線的物理總線相連。如圖5所示，DSP通過(guò)CANTX和CANRX兩個(gè)引腳與PCA82C250芯片的D和R兩個(gè)引腳相連接，。PCA82C250芯片的CANL和CANH兩個(gè)引腳直接掛接在總線上。

2.4 USB存儲(chǔ)模塊

CH375是由南京沁恒公司生產(chǎn)的USB接口芯片，他支持DSP芯片通過(guò)USB通用串行總線與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。CH375與DSP通過(guò)8位數(shù)據(jù)通信線相連，還有讀寫控制線以及片選信號(hào)線。通過(guò)CH375內(nèi)置的通信協(xié)議固件，DSP芯片可以直接與掛接在USB總線上的大容量存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。讀寫過(guò)程中，可以以扇區(qū)為基本單位，也可以以字節(jié)為基本單位將數(shù)據(jù)讀出或者寫入U(xiǎn)SB存儲(chǔ)設(shè)備，包括U盤、USB硬盤等。

USB總線一共有四根通信線，分別是一根5V的電源線，一根電源地線，還有兩根數(shù)據(jù)信號(hào)線通過(guò)UD+和UD-引出。TXD引腳經(jīng)過(guò)下拉電阻接地時(shí)，芯片以并口方式工作，D0～D7為并行數(shù)據(jù)線。TXD引腳懸空或者未經(jīng)下拉電阻接地時(shí)，芯片以串口方式工作，TXD和RXD與DSP芯片交換數(shù)據(jù)。工作時(shí)需要外部提供一個(gè)高頻晶振接在X0和X1兩個(gè)引腳之間[5]。見(jiàn)圖6。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的初始化程序結(jié)束后，進(jìn)入串口中斷掃描程序，檢查是否產(chǎn)生了串口中斷。產(chǎn)生串口中斷后，根據(jù)產(chǎn)生的中斷標(biāo)志來(lái)執(zhí)行下一步的命令。根據(jù)產(chǎn)生的中斷標(biāo)志的不同分別進(jìn)行信號(hào)采集、數(shù)據(jù)顯示、越限報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鳌?/p>

4 結(jié)束語(yǔ)

基于DSP的主扇風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)采集模塊，其具有強(qiáng)大的就地功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)主扇風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)處理傳輸及離線模式的數(shù)據(jù)就地存儲(chǔ)等功能。該模塊具有高性價(jià)比、高集成度、高精度以及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，這為煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的分布式設(shè)計(jì)打下了良好基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]韓豐田.TMS320F281xDSP原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009，4.

[2]蘇奎峰，呂強(qiáng)，耿慶峰，陳圣儉.TMS320F2812原理與開(kāi)發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005，4.

[3]趙成.DSP原理及應(yīng)用技術(shù)-基于TMS320F2812的仿真與實(shí)例設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012，1.

[4]王亮.基于DSP+ARM的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].四川：電子科技大學(xué)，2013.

[5]劉建峰，劉愛(ài)華.基于CH375的海量數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)，2006，2-44.

[6]丁鋮.基于ARM和CAN總線的綜采液壓支架壓力監(jiān)測(cè)平臺(tái)的研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)〈北京〉，2013.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]

2.2 A/D芯片

本模塊選用了Maxim 公司生產(chǎn)的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX1320，該芯片為14位8通道并行采集，采用了逐次逼近法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將輸入的-5V～+5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為14位數(shù)字信號(hào)，每個(gè)通道具有獨(dú)立的采樣保持電路。

MAX1320的工作原理

設(shè)計(jì) MAX1320 采樣模式時(shí)候，可以將 CONVST 管腳接高電平，在數(shù)據(jù)采集開(kāi)始前，向D0～D7中寫入1，讓其數(shù)據(jù)線 D0～D7都被選通。而對(duì)于采集結(jié)果讀取，也可以使用第二種方式，即全部轉(zhuǎn)換結(jié)束后再將8路數(shù)據(jù)一起讀取。數(shù)據(jù)采集結(jié)果，通過(guò)數(shù)據(jù)總線輸出給DSP，讓DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。同時(shí)，考慮到系統(tǒng)所處環(huán)境惡劣，如果使用外部時(shí)鐘，很容易受到外界干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確。因而，對(duì)于時(shí)鐘的選擇，采用內(nèi)部10M時(shí)鐘，它足以滿足該系統(tǒng)要求。其典型設(shè)計(jì)如圖3.10，應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖4所示[4]。

2.3 CAN總線通信模塊

CAN總線是德國(guó)BOSCH公司研究開(kāi)發(fā)的一種串行通信總線協(xié)議。在20世紀(jì)80年代初，現(xiàn)代汽車中各種裝置之間需要的數(shù)據(jù)通信量變大，而且需要通信的設(shè)備也變多，每對(duì)設(shè)備之間都要接線顯然不再合適。為了解決這個(gè)問(wèn)題，BOSCH公司開(kāi)發(fā)了CAN總線協(xié)議。CAN總線的通信速率最高可以達(dá)到1Mbps（通信速率會(huì)隨著傳輸距離的增加而降低）。由于其開(kāi)放性和可靠性，CAN總線被廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控、汽車電子、樓宇自動(dòng)化等方向。在建立串行通信分布式工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，CAN總線非常的合適使用。與其他一些現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相比較而言，CAN總線主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）成本低，通信速率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、只有2根線與外部相連接，適和高速、遠(yuǎn)距離傳輸。

（2）多主方式工作。CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有主從關(guān)系，而是根據(jù)協(xié)議獲取總線的使用權(quán)。

（3）采用非破壞性仲裁技術(shù)。在同一時(shí)間，當(dāng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)上有超過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，協(xié)議控制器根據(jù)規(guī)定進(jìn)行仲裁，優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)獲得總線使用權(quán)，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，其他節(jié)點(diǎn)在仲裁失敗后自動(dòng)停止發(fā)送。

（4）在CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，切斷節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，避免了導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路狀態(tài)，從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象，也使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。

（5）在節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息遭到破壞的時(shí)候，由接收端判斷后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)重發(fā)該信息。

（6）抗干擾能力強(qiáng)，在傳輸中受到干擾的可能較小，附帶校驗(yàn)等其他手段使得數(shù)據(jù)出錯(cuò)后能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

TMS320F2812芯片內(nèi)置了增強(qiáng)型控制器局域網(wǎng)ECAN（Enhanced Controller Area Network ）模塊。該模塊完全支持CAN2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。在組成每幀數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)接受和發(fā)送11位、29位標(biāo)識(shí)符。CAN2.0總線的最高傳輸速率可達(dá)到1Mbps，支持時(shí)間觸發(fā)。當(dāng)CAN總線節(jié)點(diǎn)接收?qǐng)?bào)文時(shí)，ECAN模塊提供32個(gè)接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及將近20個(gè)過(guò)濾器寄存器用于將報(bào)文中的數(shù)據(jù)位提取出來(lái)。還提供了一個(gè)FIFO報(bào)文緩沖區(qū)，能夠最多容納32個(gè)報(bào)文。當(dāng)發(fā)送報(bào)文時(shí)，ECAN模塊提供8個(gè)可以根據(jù)需要設(shè)置為報(bào)文緩沖區(qū)的寄存器。

PCA82C250為CAN總線提供電平轉(zhuǎn)換的服務(wù)，將DSP能夠識(shí)別的TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換后與CAN總線的物理總線相連。如圖5所示，DSP通過(guò)CANTX和CANRX兩個(gè)引腳與PCA82C250芯片的D和R兩個(gè)引腳相連接，。PCA82C250芯片的CANL和CANH兩個(gè)引腳直接掛接在總線上。

2.4 USB存儲(chǔ)模塊

CH375是由南京沁恒公司生產(chǎn)的USB接口芯片，他支持DSP芯片通過(guò)USB通用串行總線與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。CH375與DSP通過(guò)8位數(shù)據(jù)通信線相連，還有讀寫控制線以及片選信號(hào)線。通過(guò)CH375內(nèi)置的通信協(xié)議固件，DSP芯片可以直接與掛接在USB總線上的大容量存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。讀寫過(guò)程中，可以以扇區(qū)為基本單位，也可以以字節(jié)為基本單位將數(shù)據(jù)讀出或者寫入U(xiǎn)SB存儲(chǔ)設(shè)備，包括U盤、USB硬盤等。

USB總線一共有四根通信線，分別是一根5V的電源線，一根電源地線，還有兩根數(shù)據(jù)信號(hào)線通過(guò)UD+和UD-引出。TXD引腳經(jīng)過(guò)下拉電阻接地時(shí)，芯片以并口方式工作，D0～D7為并行數(shù)據(jù)線。TXD引腳懸空或者未經(jīng)下拉電阻接地時(shí)，芯片以串口方式工作，TXD和RXD與DSP芯片交換數(shù)據(jù)。工作時(shí)需要外部提供一個(gè)高頻晶振接在X0和X1兩個(gè)引腳之間[5]。見(jiàn)圖6。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的初始化程序結(jié)束后，進(jìn)入串口中斷掃描程序，檢查是否產(chǎn)生了串口中斷。產(chǎn)生串口中斷后，根據(jù)產(chǎn)生的中斷標(biāo)志來(lái)執(zhí)行下一步的命令。根據(jù)產(chǎn)生的中斷標(biāo)志的不同分別進(jìn)行信號(hào)采集、數(shù)據(jù)顯示、越限報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鳌?/p>

4 結(jié)束語(yǔ)

基于DSP的主扇風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)采集模塊，其具有強(qiáng)大的就地功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)主扇風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)處理傳輸及離線模式的數(shù)據(jù)就地存儲(chǔ)等功能。該模塊具有高性價(jià)比、高集成度、高精度以及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，這為煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的分布式設(shè)計(jì)打下了良好基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]韓豐田.TMS320F281xDSP原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009，4.

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[4]王亮.基于DSP+ARM的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].四川：電子科技大學(xué)，2013.

[5]劉建峰，劉愛(ài)華.基于CH375的海量數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)，2006，2-44.

[6]丁鋮.基于ARM和CAN總線的綜采液壓支架壓力監(jiān)測(cè)平臺(tái)的研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)〈北京〉，2013.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]