高性能无纸记录仪的研制

　　1 概述

　　工业上常常需要记录温度、压力、流量等信息, 常规模拟记录仪由于功能少、显示单一、需要记录笔的缺点, 正被无纸记录仪取代。作为一款以微处理器为核心、集液晶汉字与图形显示为一体, 具有无纸记录、实时性好、通用性好、精度高、带通信功能的智能化仪表, 其市场广阔。目前许多厂商正将目光聚焦于记录仪的彩屏化、大容量存储、超大屏幕液晶显示等功能; 然而对于用户来说, 最关心的是精度与可靠性、性价比等仪表的综合性能, 因此研究此类问题尤为关键。

　　2 设计方案

　　如图1, 来自外部传感器的模拟信号(压力、温度、流量等)经过前端处理后进行 A/D 转换, 经过信号隔离后送入单片机完成数据处理, 由 LCD 显示当前的压力、温度、瞬时流量、累积流量等信息。通过键盘操作, 可在各界面之间切换, 分别显示各通道的实时、历史数据及曲线、报警情况、断电情况,以及每月、日、年度的累积流量。另外, 提供通讯功能, 可以通过和上位机通过串行口读写参数与运行数据, 实现打印等信息交互。

　　3 硬件组成

　　如图1, 由信号采集、MSP430F149(以下简称430)、液晶显示及键盘、数据存储、实时时钟、通讯等模块组成。

　　3.1 MSP430F149 单片机

　　MSP430F149 是具有 60K 闪存ROM、2K RAM、6 个端口、2个16 位计数器、两路UART 通信端口、具有端口和计数等多种中断模式、5 种省电模式的高集成单片机, 特别适用于复杂仪表系统的开发。

　　3.2 信号采集模块

　　外部信号有标准电流、电阻、mV 电压、频率信号等。当为模拟量时, 为提高测量精度采用了4 通道差分输入、自带仪表放大器、滤波器的16 位精度、SPI 接口的AD 芯片 CS5523 芯片, 通过光耦隔离后和 430 进行通信。如图2(a)、(b)、(c)分别是输入为电流、热电偶mV 电压、热电阻信号时的处理电路。其中当热电阻输入时, 采用高精度双路精密电流源REF200 提供,最终接入AD 采样端的信号 U=UAN+- UAN- =(Rt+2r)I0- (R0+2r)I0=(Rt- R0)I0, 可见消除了热电阻导线电阻r 的影响, 保证了较高的测量精度。当频率输入(如涡街流量计输出)时, 采用光耦隔离后输入 430 的TIMERA 计数模块进行脉冲计数。

　　3.3 液晶显示与键盘模块

　　采用3V、并口输入128*64 点阵形液晶模块JM12864, 实现图文的综合显示。采用2*3 线接口, 共6 个按键, 分别为前后追忆、通道、时标、确认、翻页, 通过弱上拉和430 的P2 口相连, 采用上升沿触发的方式产生中断通知430 进行处理。

　　3.4 数据存储模块

　　为方便保存仪表参数, 了解工艺参数历史, 采用了两片EEPROM存储器 24C512。一片用于存储通道运行数据, 另一片用于分区存储密度、汉字及字符字模数据、系统参数、记录时间、掉电情况等信息, 两片存储器通过弱上拉电阻并联于同一总线上。