张强 陈大坤
贵州航天风华精密设备有限公司
摘要：针对生产企业对工业设备的运行过程中的电压、电流、控制指令等参数的采集监控需求，本文设计了一款基于TMS320F28335的采集板卡，该板块具备多路采样电路，宽幅度的采集电压输入范围。经验证，该板卡的性能功能均能满足设计要求。
关键词：板块；通信；A/D采集
1 引言
国家智能制造2025战略对传统的制造业提出了更高的要求，为了提高设备利用率以及生产效率，越来越多的制造企业在设备运行的过程中加强对机器的运行电压、电流、控制信号等信息进行采集，实时监测设备的运行状态，收集设备的工作信息并进行分析做出生产调整决策。同时也通过分析设备的长期运行参数进行设备故障预测，及时的对设备的进行检修，更换备件。特别是针对老设备的改造，老设备一般不具备电流、电压、控制指令等的采集功能，需要对老设备进行改造升级，满足设备监控的要求。基于以上原因，本文针对工业设备信息采集的需求，采用TI公司的TMS320F28335主控芯片设计了一款多路、宽电压采集板卡，并经试验验证，该板卡的功能性能能够满足要求。
2 采集板卡的系统设计方案
2.1 系统整体方案
采集板卡包含DSP最小系统电路、电源电路、采样信号调理电路、A/D采样电路、通信电路，具有最大可扩展48路电压采集功能。通过调节信号调理电路的分压电阻输入采样电压范围可达为0～230V，测量精度不小于2%FS。DSP主控芯片采用TI公司开发的TMS320F28332具有150MHz的高速处理能力32位浮点处理单元。
2.2系统的工作原理
板卡的输入电压为DC5V，功率不大于0.5W，工作时将输入采集板卡的电压、电流、控制信号等进行调理、隔离变换后，输入至AD转换电路转变为数字信号送至DSP的数据总线，经DSP处理后经RS422通信对外输出。
2.3 电路设计
2.3.1 板卡电源变换电路
电源电路设计采用如下方案，采集板卡的输入电压为DC5V，经线性电源芯片AMS1117变换后变成3.3V系统数字电源供片内Flash编程使用。3.3V数字电源经线性电源芯片TLV1117变换后变成1.9V的DSP内核电源。使用BLM21P221SN型磁珠分别将数字5V、3.3V及数字地进行隔离滤波后，变换成模拟5V、3.3V及模拟地， 供整个系统中的模拟电路使用。
2.3.2输入信号调理电路
输入信号调理电路主要的功能是将需要采样的电压信号，变换隔离后变成幅值满足系统要求的隔离采样信号，在进行信号调理时可通过更换匹配分压电阻R1、R2、R5来满足不同幅值的电压输入，提高采样的精度。输入信号调理电路如图1所示，采集板卡的输入采样电压信号,经分压电路调理后变换成0～2.9V的采样电压，再经隔离运放AMC1311BDWV隔离后，经跟随器OPA2376进行阻抗匹配，变换成采集电路识别的采样电压信号。
.png)
图1 信号调理电路
2.3.3 A/D采集电路的设计
A/D采集电路负责对输入的模拟信号进行采样后变成数字信号。模数转换芯片采用AD7656，AD7656内部有6个16位250KSPS的 ADC模块，采用率为250kSPS。多路开关采用ADG408，单个多路开关可输入8路采样信号，通过DSP的IO引脚控制多路开关的A0、A1、A2进行8路采样通道选择。A/D采集电路原理如图2所示，将信号调理电路变换后的采样电压信号输入至多路开关ADG408的S1至S8,经DSP控制采样通道后通过D角进行输出至AD7656的V1至V6引脚，经AD7656采样后转换成DSP芯片识别的并行数字信号经总线DB0至DB14传输至DSP的数据总线。
.png)
图2 A/D采集电路
2.3.4 通信电路设计
通信电路采用芯片ADM2582E进行设计，该芯片采用3.3V供电，内部集成隔离式DC-DC电源，数据传输速率最大为16Mbps，设计的全双工RS422通信电路如图3所示。
.png)
图3 通信电路
2.4 软件设计
在进行嵌入式软件设计时，根据处理器的特点以及功能需求，为保证处理器稳定运行，同时兼顾效率，使用内部锁相环将内部振荡器倍频至120MHz作为总线工作频率，配置使用0.625ms的定时中断，配置使用看门狗，看门狗定时器溢出时间为68ms。系统上电后先进行I/O端口初始化，系统初始化完成后进行状态自检，自检完成后系统进行状态查询与更新，同时开始解析采集到的信息并按照通信协议传输信息。
3 试验结果
产品设计完成后，应用于公司某系统针对某设备进行了采样试验，采集板采集了28V、270V、58V、36V等电压值以及电流传感器输出的0～5V电流采样值，试验结果及采样精度均满足设计要求。
参考文献：
[1]苏奎峰 吕强 耿庆锋 陈圣俭 TMS320X2812原理与开发[M].北京电子工业出版2005.4
[2] MAX9052-13datasheet [Z] . 2017,Maxim Integrated Products, Inc.
[3] AD7656-32datasheet[Z].2008,Analog Devices,lnc.
作者简介：张强（1987-12），男，汉族，籍贯：河南，学历：硕士研究生，职称：工程师，研究方向：制导控制、测控技术