壓力計量網(wǎng)關(guān)的研究與應(yīng)用

高 楠

（蘇州市計量測試院，江蘇 蘇州 215128）

臺灣泓格7524(D)智能工控單元支持四通道的RS232串口，其內(nèi)置的MiniOS7 系統(tǒng)可以方便進行二次開發(fā)。7XXXD 表示模塊自帶五位七段的LED 顯示。泓格模塊應(yīng)用靈活易于編程，可以大大縮短開發(fā)周期，并且可以穩(wěn)定地運行在各種惡劣和嘈雜的工業(yè)環(huán)境中[1,2]。

1 硬件

泓格7524(D)選用Am188TMES 嵌入式CPU，有20MHz和40MHz 兩種主頻，512K 的SRAM，內(nèi)置2K 的EEPROM便于存儲配置參數(shù)，外圍支持2 ～8 個COM 端口，且RS485 的端口隔離電壓可達3000V，并且可以選配D 型工控模塊，支持5 位LED 顯示。內(nèi)置ICP DAS 的MiniOS7嵌入式操作系統(tǒng)，內(nèi)置看門狗定時器（1.6s），支持電源保護及網(wǎng)絡(luò)保護，模塊內(nèi)置I/O 擴展總線接口。工作溫度在-25℃～75℃之間，工作濕度在0%～90%之間，可用于惡劣的工控環(huán)境[3-5]。

圖1 泓格7524外觀圖Fig.1 Honggrid 7524 appearance

模塊的引腳定義如下：

1 DO 100 mA, 30V max.

2 DI 3.5V ～ 30V

3 D1+ DATA+ 引腳 COM1 (RS-485)

4 D1- DATA - 引腳 COM1 (RS-485)

5 CTS1 COM1 (RS-232)

6 RTS1 COM1 (RS-232)

7 GND 接地COM1 (RS-232)

8 TXD1 COM1 (RS-232)

9 RXD1 COM1 (RS-232)

10 INIT* 初始化引腳, 3.5V ～ 30V

11 D2+ DATA+ 引腳 COM2 (RS-485)

12 D2- DATA - 引腳 COM2 (RS-485)

13 +VS V+ 供電電源 (+10 to +30VDC)

14 GND GND 供電電源地

15 -18 COM3 (RS-232)

19 GND 接地COM3/COM4 (RS-232)

20-23 COM4 (RS-232)

24 GND 接地COM4/5 (RS-232)

25-28 COM5 (RS-232)

泓格7524 的板卡組成為7188XB+X505，其中7188XB是嵌入式核心處理器，X505 是附帶3 個RS232 串口，0 個RS485，0 個DI，0 個DO 的擴展功能卡。進行程序編程時需要將10 引腳即INIT*連接外部電源地以使泓格處理器處于“初始化開發(fā)模式”。除了7524 可以連接1 個RS485 和4 個RS232 之外，其還具有1 個DI 和1 個DO 功能，如圖2 所示。將模塊的13 引腳 +VS 接24V 直流電源正，14 引腳 GND 接24V 直流電源負，DI 端無外接設(shè)備時懸在高電平，有開關(guān)量觸發(fā)時DI 端口被拉至低電平。DO 端口可以直接驅(qū)動所連接的負載，驅(qū)動能力畢竟有效，要求回路電流小于125mA。圖3 給出了泓格7524 內(nèi)部的接線原理圖，DI 處理方式是DI 輸入端通過R2 的10kΩ 電阻上拉至5V直流電源，再通過R1 的10kΩ 電阻耦合至與門74HCT08的兩個短接輸入端以提高輸入驅(qū)動和抗干擾能力。同理，泓格7524 的輸出引腳采用ULN2003A 集電極開路輸出，B0-B6 對應(yīng)C0-C6 輸出，為了提升DO 的驅(qū)動能力同樣將兩個輸出引腳短接，實現(xiàn)“與”輸出，如C0 和C1 對應(yīng)DO0，C2 和C3 對應(yīng)DO1，C3 和C4 對應(yīng)DO2[6]。

圖2 泓格7524DI和DO外部接線圖Fig.2 Honggrid 7524DI and DO external wiring diagrams

圖3 泓格7524DI和DO內(nèi)部原理圖Fig.3 Honggrid 7524DI and DO internal schematics

2 軟件

2.1 MiniOS7

MiniOS7 是ICP DAS 泓格公司為752N 系列單元設(shè)計的嵌入式操作系統(tǒng)。DOS 系統(tǒng)PC-DOS、MS-DOS、ROMDOS 都是一組命令或代碼，告訴計算機如何處理信息。DOS 系統(tǒng)可以運行程序，管理文件，控制信息等，MiniOS7嵌入式操作系統(tǒng)提供了與ROMDOS 等效的函數(shù)功能，便于開發(fā)者直接進行編程調(diào)用。每個7524 工控單元具備一個64 位唯一的硬件序列號，這個數(shù)字是唯一的，不同于任何工控單元，應(yīng)用這個序列號可以檢查這個硬件單元是否為非法拷貝，這是泓格7524 最低成本的版權(quán)保護方法[7,8]。

圖4 泓格7524應(yīng)用示意圖Fig.4 Honggrid 7524 application diagram

2.2 7188XB開發(fā)

泓格7524 附帶兩個例程Demo，7524.c 和7524.exe 分別是模塊單元的源文件和硬件程序。

7524 與HP34401A 需 要 連 接5 條 線，TXD 和RXD、RXD 和TXD、DTR 和DSR、DSR 和DTR 以及GND 和GND。

泓格7524 是一個RS-232/485/422 可尋址智能通訊控制器，在工業(yè)界中有許多設(shè)備是屬于RS-232 串口連接，如何將這些RS-232 接口的設(shè)備整合至自動化控制網(wǎng)絡(luò)中，將是一個自動化整合應(yīng)用的重要課題。一般而言，這些RS-232 接口的設(shè)備常常被運用在分布式監(jiān)控的范疇中，即這些設(shè)備可能與中央控制室的PC 之間存在一段距離，而比較接近現(xiàn)場的機臺或傳感器。因此，以PC 搭配多通訊端口的適配卡來控制這些RS-232 的設(shè)備就會變得有些不切實際且不方便。I-7524 智能通訊控制器的RS-485 可尋址特性（在同一個RS-485 網(wǎng)絡(luò)上可尋址范圍從0-255，共256 個地址）， 把各個RS-232 接口設(shè)備上收集到的信息經(jīng)由I-7524 轉(zhuǎn)發(fā)至RS-485 網(wǎng)絡(luò)上，并回傳至中央控制室或把要下達的命令通過RS-485 與 I-7524 智能通訊控制器送至各個RS-232 接口的設(shè)備。除了本身具備RS-485 容易維護、配線單純、穩(wěn)定、可靠與低成本的特性外，也增加了設(shè)備的可擴展性。當需要增加更多的RS-232 設(shè)備時，僅需要再接上一個I-752N 的智能通訊控制器即可，而不必擔心PC 上是否還有足夠的插槽可擴充。此外，I-752N 上有1K bytes 的緩沖區(qū)，可以接受從RS-232 端進入的命令，而等待中央控制室或PC 有時間時，再由RS-485 網(wǎng)絡(luò)上讀取這些命令，如此可降低這些RS-232 設(shè)備數(shù)據(jù)流失的問題。I-7524 本身的1 個DI 與1 個DO 通道亦可以增加其功能與應(yīng)用范圍。RS-485 端的隔離保護電路，可確保RS-232 接口設(shè)備免于受到RS-485 網(wǎng)絡(luò)上噪聲或突波的傷害。至于RS-485 上數(shù)據(jù)傳送與接收訊號的方向控制，I-7524 本身也有自調(diào)式的IC，不需擔心RS-485 的方向問題[9]。

圖5 串口下載連線示意圖Fig.5 Serial download line diagram

MiniOS7 為嵌入式控制器提供一系列控制硬件的函數(shù)，這些函數(shù)可以用來控制嵌入式控制器中的NVRAM、Flash memory、EEPROM、定時器、看門狗定時器、串行埠、七段顯示器以及嵌入式控制器上的I/O 點。如圖5 將硬件調(diào)試線連接好以后，進行程序加載，以IsTxBufEmpty 函數(shù)觀察COM 的輸出緩沖區(qū)是否有數(shù)據(jù)為例：

1 #include＜7188x.h＞

2 void main(void)

3 {

4 char a[20],b,r[10];

5 int c=1;

6 Print("Input command:");

7 Scanf("%s",r);

8 InstallCom(2,9600,8,0); //初始化

9 SendCmdTo7000(2,r,0);

10 Print(" %d ",IsTxBufEmpty(2)); //觀察緩沖區(qū)

11 WaitTransmitOver(2);

12 Print(" %d ",IsTxBufEmpty(2)); //觀察緩沖區(qū)

13 ReceiveResponseFrom7000(2,a,1000,0);

14 Print(" %s ",a);

15 Print("Press ESC to end the program");

16 while(c)

17 {

18 b=Getch();

19 if(b==27)

20 c=0;

21 }

22 SendCmdTo7000(2,"#020000",0);

23 ReceiveResponseFrom7000(2,a,1000,0);

3 壓力計量

在工業(yè)壓力儀表的計量檢定中，需要對壓力儀表（遠傳壓力表、壓力變送器和RS232 壓力表）進行施加標準壓力值，再用高精度數(shù)字多用表采集輸出的電流或者電壓信號值。在工業(yè)現(xiàn)場中，由于很多儀表受安裝工藝和拆卸條件的限制無法拆卸送檢，這就需要在壓力管路上施加標準壓力值，并采集安裝在同一管路上的標準壓力表和被檢壓力表輸信號值。針對電流輸出的壓力儀表可以采用7524+34401 實現(xiàn)被檢表的4mA ～20mA 電流采集，而針對具有非標協(xié)議的RS232 接口壓力表就需要在泓格7524 上開發(fā)非標ASCII 協(xié)議，以實現(xiàn)不同被檢壓力表的壓力值讀取操作。同圖4 一樣，PC 通過485 總線連接多個具有不同地址的7524 工控單元，每個7524 又具有多個RS232 接口可以連接被檢壓力儀表。這樣就可以實現(xiàn)壓力儀表出廠的批量校準或者工業(yè)現(xiàn)場的壓力儀表批量在線檢定操作，而此時泓格7524 起到了“數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)”的作用，靈活的開發(fā)儀表協(xié)議可以承上啟下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的解析與交互[10]。

4 結(jié)論

從硬件和軟件兩個方面分別介紹了泓格7524 工控單元的功能配置、接口定義、負載接線方式、擴展能力，MiniOS7 和核心板7188XB 的開發(fā)流程。應(yīng)用7524 實現(xiàn)現(xiàn)場非標協(xié)議RS232 接口壓力儀表的定制化數(shù)據(jù)采集，經(jīng)測試采用泓格7524 作為數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)PC 與現(xiàn)場多個壓力儀表的數(shù)據(jù)交互，達到了預(yù)期效果，可以提升壓力儀表出廠校準和現(xiàn)場計量的工作效率。