系统硬件研究：电源管理方案及配套保护措施

科氏质量流量变送器主要需要完成信号采集处理、驱动控制、人机接口等任务，基于TMS320F28335的变送器系统框图如图8-2所示，其中包含电源管理、信号调理采集、驱动控制、数字信号处理控制、掉电保护、外扩存储器、液晶键盘、测量结果输出、异步通信等功能模块。

图8-2 科氏质量流量变送器系统框图

图8-3 电源管理方案

1.电源管理

系统电源管理方案如图8-3所示。系统采用24V输入电源供电，先经过降压型DC-DC变换，得到11V和4V电压，11V电压再经过极性翻转、线性稳压，得到±9V和5V电压，用来为系统模拟电路部分供电，如信号采集调理部分、运放、A-D转换等；4V电压经过双路LDO得到+3.3V和+1.9V，主要为DSP芯片供电，并为其他芯片提供数字电源，如ADC、DAC、SARAM、FRAM等。

2.信号调理采集

系统共需采集三路传感器信号，其中位移传感器信号（传感器A和传感器B）由ADC1、ADC2采集，并且DSP通过McBSP接口与这两路ADC模块通信，这里复用McBSP为SPI功能；温度传感器信号由ADC3采集，并且DSP通过I²C口与该ADC模块通信。

3.驱动控制

科氏质量流量变送器还需合成一正弦信号激励一次仪表，这由驱动控制模块完成，包括MDAC和DDS两块芯片。这里，DSP使用GPIO口模拟SPI协议与DDS芯片通信，控制DDS输出特定频率及相位的正弦信号，该正弦信号接入到MDAC芯片的模拟输入端；DSP使用SPI接口与MDAC芯片通信，控制MDAC的输出增益，进而控制正弦信号的幅值。

4.数字信号处理与控制(www.xing528.com)

处理与控制模块是整个系统的核心模块，负责整个系统的调度运行。该模块需要完成对采样信号的读取、存储、处理，根据信号参数特征计算流量并给出驱动的控制策略，与此同时，还需完成人机接口、通信、测量结果输出等功能。

5.外扩存储器

系统外扩了两片外部存储器，分别是SARAM和FRAM，其中SARAM用来存放AD采样数据或保存计算结果，数据在掉电后丢失。而FRAM用来保存一些仪表参数，这些参数可通过按键设置修改并保存至FRAM，掉电后FRAM中数据仍然存在，在上电后，程序可从FRAM中将仪表参数读出。DSP通过外部接口XINTF模块与SARAM通信，通过GPIO接口与FRAM通信。

6.人机接口及通讯

该部分主要包括液晶显示、键盘及SCI通信。液晶用于显示测量结果、仪表工作状态等信息；键盘操作用来实现切换屏幕、调取和修改仪表参数等功能。此外，DSP通过SCI接口可将参数上传至上位机，而上位机亦可通过SCI接口向DSP发送指令。

7.测量结果输出

在系统标定过程或工业现场集散控制系统中，需要采集反映流量测量值的脉冲信号，脉冲信号的个数代表着流量的累计值。系统中采用ePWM模块产生PWM脉冲信号，并与定时器相配合，将输出一定个数的脉冲转换为在一段时间内输出一定频率的脉冲。例如，输出1000个脉冲，可以转换为输出1kHz的PWM信号，并输出1s中的时间。当1s时间定时到后，则关闭输出或开始下一次累计值的输出。

此外，工业现场有时还需要进行远程监控或远程测量，这要求仪表将测量值转换为标准的模拟输出，通常是4～20mA电流输出。这里，DSP使用GPIO接口与外部DAC模块通信，先将测量值转换为电压，再经U/I变换电路转换成电流输出。

8.掉电保护

系统在掉电时，需要将当前重要的参数记录下来，以便下次开机时读取。系统外扩一电源监测芯片对11V电源进行实时监测，当监测到该11V电源下降到设定值时，电源监测芯片会产生一低电平信号，该信号接到DSP的GPIO口，用以触发外部中断，中断服务程序中会将关键参数保存至FRAM中。