專(zhuān)利名稱(chēng)：基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于多處理器的智能儀表系，適應(yīng)于各種場(chǎng)合下的智能儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80年代，由于微處理器被用到儀表中，儀表的前面板開(kāi)始朝鍵盤(pán)化方向發(fā)展，過(guò)去直觀的用于調(diào)節(jié)時(shí)基或幅度的旋轉(zhuǎn)度盤(pán)，選擇電壓電流等量程或功能的滑動(dòng)開(kāi)關(guān)，通、斷開(kāi)關(guān)鍵已經(jīng)消失。20世紀(jì)90年代，儀器儀表與測(cè)量科學(xué)進(jìn)步取得了重大的突破性進(jìn)展。這個(gè)進(jìn)展的主要標(biāo)志是儀器儀表智能化程度的提高，突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(1)新技術(shù)的應(yīng)用目前儀器儀表普遍采用EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)、CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)、CAT(計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試)、DSP(數(shù)字信號(hào)處理)、ASIC(專(zhuān)用集成電路)及SMT(表面貼裝技術(shù))等。
(2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在的微處理器已不是以前意義上的微處理器，微處理器的結(jié)構(gòu)已經(jīng)可以通過(guò)軟件進(jìn)行在系統(tǒng)改變?，F(xiàn)在的儀器儀表在開(kāi)發(fā)的同時(shí)，注重高新技術(shù)和量大面廣產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)。注重系統(tǒng)集成，不僅著眼于單機(jī)，更注重系統(tǒng)、產(chǎn)品軟化，隨著各類(lèi)儀器儀表裝上了MCU(微處理器)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化后，軟件上投入了巨大的人力、財(cái)力，今后的儀器儀表歸納成一個(gè)簡(jiǎn)單的公式儀器儀表＝AD/DA+MCU+軟件，AD芯片將模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)軟件處理變換后用DA輸出。
(3)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)準(zhǔn)則發(fā)生了變化從技術(shù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)為市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，從一味追求高精尖轉(zhuǎn)為“恰到好處”。開(kāi)發(fā)一項(xiàng)成功產(chǎn)品的準(zhǔn)則是，用戶(hù)有明確的需求；能用最短的開(kāi)發(fā)時(shí)間投放市場(chǎng)；功能與性能要恰到好處；產(chǎn)品開(kāi)發(fā)準(zhǔn)則的另一變化是收縮方向，集中優(yōu)勢(shì)。
雖然新技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了儀表的智能化及產(chǎn)品地迅速化，然而從現(xiàn)在的智能儀表系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)來(lái)看，其設(shè)計(jì)思想仍然是以測(cè)試技術(shù)為核心，根據(jù)儀表所要實(shí)現(xiàn)的功能，選擇合適的MCU或DSP。這些儀表普遍存在一個(gè)突出的問(wèn)題，就是儀表生產(chǎn)出來(lái)以后，便有了固定的功能，普通使用者便無(wú)法對(duì)其進(jìn)行改變。這樣，用戶(hù)為了滿(mǎn)足其測(cè)量多樣性的要求，便需要購(gòu)買(mǎi)多種多樣的專(zhuān)用儀器設(shè)備，可能造成極大的浪費(fèi)，另外，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)而言，由于專(zhuān)用儀器儀表規(guī)格多，數(shù)量少，其生產(chǎn)組織、經(jīng)營(yíng)管理等方面都存在著很大的困難，這是目前困擾許多儀表企業(yè)的難題之一。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)。該系統(tǒng)能提高儀表系統(tǒng)的智能化，具有良好的靈活性和可重構(gòu)性，具有運(yùn)行速度快、效率高和可擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是利用每個(gè)智能儀表的組成從外功能上表現(xiàn)為三個(gè)部分①儀表的現(xiàn)場(chǎng)(傳感器)信息處理部分；②儀表的現(xiàn)場(chǎng)(人機(jī)界面)顯示操作處理部分；③儀表的現(xiàn)場(chǎng)(系統(tǒng)信息通訊)處理部分。同時(shí)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表系統(tǒng)在時(shí)間上要求不是太嚴(yán)格(ms級(jí))以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)量不太多(少于256字節(jié))的特點(diǎn)，對(duì)智能儀表建立儀表的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字信號(hào)處理(信息處理)、儀表的現(xiàn)場(chǎng)顯示操作、儀表的現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)通訊三個(gè)共性平臺(tái)，并對(duì)各共性平臺(tái)用一功能處理器進(jìn)行分別實(shí)現(xiàn)。從而使該系統(tǒng)提高智能儀表系統(tǒng)的智能化，具有很好的靈活性和可重構(gòu)性，具有運(yùn)行速度快、效率高和可擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)，其包括由用于一信息處理功能的處理器、一現(xiàn)場(chǎng)顯示操作處理功能的處理器、一與外界現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行通訊功能的處理器組成；它們之間的數(shù)據(jù)信息的流程是按智能儀表的特點(diǎn)先信息處理再現(xiàn)場(chǎng)操作最后與外界現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行通訊的流水線方式進(jìn)行的。
在上述的系統(tǒng)中，信息處理功能的處理器根據(jù)其信息量和信號(hào)處理而選用MCU或MCU+MCU組合或MCU+DSP組合。
在上述的系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)通訊功能處理器是由MCU+可獨(dú)立處理現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器構(gòu)成的。
在上述的系統(tǒng)中，信息處理功能的處理器被安排成處理由現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器經(jīng)信號(hào)調(diào)理后能被處理器識(shí)別的信息，同時(shí)對(duì)一些現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)變送器進(jìn)行一定控制；現(xiàn)場(chǎng)顯示操作處理功能的處理器被安排成進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的顯示以及和現(xiàn)場(chǎng)人員的交互操作；與外界現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行通訊功能的處理器被安排成將現(xiàn)場(chǎng)獲取的信息傳送到現(xiàn)場(chǎng)其它智能儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)上。
在上述的系統(tǒng)中，多處理器之間的通訊可以是UART、SPI或I2C方式進(jìn)行連接。
本發(fā)明的顯著效果在于1)通過(guò)對(duì)智能儀表進(jìn)行基于多處理器的系統(tǒng)構(gòu)成，解決當(dāng)前智能儀表系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上各自重復(fù)的狀態(tài)；2)運(yùn)用該系統(tǒng)的智能儀表能在原有舊系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過(guò)修改軟件的方法很快可重構(gòu)新的系統(tǒng)(該系統(tǒng)的處理器都是運(yùn)用在系統(tǒng)芯片(SOC)技術(shù)構(gòu)成的)，這大大減少了產(chǎn)品上市的時(shí)間；3)由于在該系統(tǒng)中的各個(gè)處理器是各個(gè)編程并通過(guò)UART、SPI、I2C方式進(jìn)行連接，因此某分處理器程序或硬件的改變對(duì)其它分處理器基本沒(méi)有太大影響，這極大地增加了系統(tǒng)的靈活性；4)使用該系統(tǒng)可以降低時(shí)鐘頻率，以避開(kāi)某些射頻頻率，并降低系統(tǒng)的電磁干擾和散熱分布；同時(shí)也可降低系統(tǒng)對(duì)成本的要求。


圖1是應(yīng)用本發(fā)明的基于多處理器系統(tǒng)的智能儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是信息處理功能處理器21的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是現(xiàn)場(chǎng)顯示操作功能處理器22的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是現(xiàn)場(chǎng)通訊功能處理器23的結(jié)構(gòu)框圖。
圖5是基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)執(zhí)行的處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行具體介紹下面將介紹一個(gè)實(shí)施例是基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)。
參見(jiàn)圖1，本基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)2包括一功能為信息處理的處理器21，該處理器是用于將傳感器或變換器1的信號(hào)調(diào)理器3好的信號(hào)進(jìn)行信息的濾波、量綱變換以及比較復(fù)雜的信息處理如功率譜估計(jì)、頻譜校正、最大熵譜分析，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行信息處理所需要的各種功能。信息經(jīng)21處理后通過(guò)UART、SPI或I2C方式送到功能為顯示操作的處理器22，處理器22接到信息處理器21的信息后按用戶(hù)的要求進(jìn)行各種數(shù)據(jù)方式的顯示及動(dòng)作并對(duì)相應(yīng)地異常進(jìn)行報(bào)警提示。該處理器22還可以對(duì)信息處理器21所傳送來(lái)的測(cè)量方式進(jìn)行控制。而功能為現(xiàn)場(chǎng)通訊的處理器23將該儀表所測(cè)量的信息傳送到控制中央室或其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備4進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示，該處理器23的通訊協(xié)議按現(xiàn)場(chǎng)的情況可以是RS-232協(xié)議、RS-485協(xié)議、PROFIBUS協(xié)議、DeviceNet協(xié)議、Foundation Fieldbus協(xié)議、HART協(xié)議、MODbus協(xié)議、CAN協(xié)議以及自定義的各種現(xiàn)場(chǎng)通訊方式。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表要求的實(shí)時(shí)性一般都在毫秒級(jí)別且一個(gè)智能儀表數(shù)據(jù)信息測(cè)量量不會(huì)超過(guò)百個(gè)，因此對(duì)于處理器21、處理器22和處理器23之間的通訊這里還是運(yùn)用比較簡(jiǎn)單地方式如UART、SPI或I2C通訊進(jìn)行。由于在該系統(tǒng)中選擇的微處理器(MCU)都運(yùn)用了SOC技術(shù)，因此這對(duì)于未來(lái)處理器之間通訊方式的升級(jí)可以通過(guò)軟件方式很容易實(shí)現(xiàn)。
參見(jiàn)圖2，上述的信息處理功能的處理器21是在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的信息比較多時(shí)使用的一種方式。MCU211對(duì)傳感器經(jīng)調(diào)理的信號(hào)進(jìn)行初步信息處理，并對(duì)傳感器進(jìn)行必要地設(shè)置，MCU212對(duì)MCU211傳送過(guò)來(lái)地信息進(jìn)行進(jìn)一步地處理以便得到用戶(hù)需要的信息。MCU211和MCU212之間的通訊方式也是運(yùn)用比較簡(jiǎn)單地方式如UART、SPI或I2C通訊進(jìn)行。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的信息比較少且信息處理比較簡(jiǎn)單時(shí)可以使用一MCU211即可；當(dāng)信息處理比較復(fù)雜時(shí)其中一MCU可以用DSP來(lái)代替，而它們之間的通訊連接可以HPI(即主機(jī)接口)來(lái)實(shí)現(xiàn)，用來(lái)與主設(shè)備或主處理器接口。外部主機(jī)是HPI的主控者，它可以通過(guò)HPI直接訪問(wèn)DSP的存儲(chǔ)空間，包括存儲(chǔ)器映像寄存器。
參見(jiàn)圖3，上述的顯示操作的處理器23是由SOC技術(shù)構(gòu)成的一種MCU，該MCU包括微處理核226和主FLASH221、輔FLASH222、SRAM223、CPLD224和JTAG225通過(guò)總線連接在一起。
參見(jiàn)圖4，上述的現(xiàn)場(chǎng)通訊功能的處理器23包括SPC3微處理器和FLASH231、SRAM232和一個(gè)用于PROFIBUS-DP的RS-485的235接口組成，該處理器中的SPC3可獨(dú)立處理總線協(xié)議，與其它處理器的通信通過(guò)數(shù)據(jù)和地址總線，由連接器連接。數(shù)據(jù)交互操作由應(yīng)用程序完成。
在本實(shí)施例中，智能儀表為智能電磁流量計(jì)，參見(jiàn)圖5，在該圖中，只寫(xiě)了幾個(gè)測(cè)量信號(hào)和控制輸出信號(hào)。測(cè)量的信號(hào)經(jīng)傳感器順序進(jìn)入信息處理功能的處理器21中，MCU211對(duì)傳感器經(jīng)信號(hào)調(diào)理的信號(hào)進(jìn)行初步處理后通過(guò)UART口傳送到MCU212中，在MCU212中進(jìn)行進(jìn)一步地信號(hào)的處理。處理后地信號(hào)象流水線式的順序地通過(guò)UART口傳送到顯示操作功能的處理器22中，22按用戶(hù)的操作進(jìn)行相應(yīng)地顯示和傳送相應(yīng)地勵(lì)磁電流大小、閥的繼電器控制命令給21，21中的211對(duì)又將該命令傳送給相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如某一電磁閥。當(dāng)用戶(hù)需要和其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通訊時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)通訊功能的處理器23將顯示操作功能處理器22顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)圖4的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議PROFIBUS傳送出去。在該實(shí)施例中，三處理器21、22、23是同時(shí)進(jìn)行，數(shù)據(jù)象流水線型方式進(jìn)行運(yùn)做。
權(quán)利要求
1.一種基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由用于一信息處理功能的處理器、一現(xiàn)場(chǎng)顯示操作處理功能的處理器、一與外界現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行通訊功能的處理器組成；它們之間的數(shù)據(jù)信息的流程是按智能儀表的特點(diǎn)先信息處理再現(xiàn)場(chǎng)操作最后與外界現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行通訊的流水線方式進(jìn)行的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)，其特征在于信息處理功能的處理器根據(jù)其信息量和信號(hào)處理而選用MCU或MCU+MCU組合或MCU+DSP組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)通訊功能處理器是由MCU+可獨(dú)立處理現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器構(gòu)成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)，其特征在于信息處理功能的處理器被安排成處理由現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器經(jīng)信號(hào)調(diào)理后能被處理器識(shí)別的信息，同時(shí)對(duì)一些現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)變送器進(jìn)行一定控制；現(xiàn)場(chǎng)顯示操作處理功能的處理器被安排成進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的顯示以及和現(xiàn)場(chǎng)人員的交互操作；與外界現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行通訊功能的處理器被安排成將現(xiàn)場(chǎng)獲取的信息傳送到現(xiàn)場(chǎng)其它智能儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的基于多處理器的智能儀表設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于多處理器之間的通訊是UART、SPI或I2C方式進(jìn)行連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于多處理器的智能儀表系統(tǒng)，適應(yīng)于各種場(chǎng)合下的智能儀表。它包含一信息處理功能的處理器，一現(xiàn)場(chǎng)顯示操作處理功能的處理器和一與外界現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行通訊功能的處理器組成。本發(fā)明中的各個(gè)功能處理器之間是相互獨(dú)立，各自編程，因此，具有很好的靈活性和可重構(gòu)性，具有運(yùn)行速度快、效率高和可擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。同時(shí)，它減輕了以前智能儀表一個(gè)處理器的負(fù)擔(dān)，降低了對(duì)一個(gè)處理器的要求，從而也就減低了智能儀表系統(tǒng)的價(jià)格。
文檔編號(hào)G08C19/00GK1851772SQ20061002622
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者沈天飛, 高新聞, 史驥 申請(qǐng)人:上海大學(xué)