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一粒金砂(初级)

基于ARM的水轮机组转速测量 [复制链接]

摘要 :介绍了一种基于LPC2104微控制器及嵌入式实时操作系统 IzC/OS2的转速测量装置。说明其工作原理的同时,着重分析了测量精度;并就系统总体结构、硬件选择、txC/OS2的应用作了论述。

前言

    频率 (转速)是电力系统最重要的参数之一。稳态时,发电机同步运行,整个系统的频率是相等的,机组的频率与转速的关系是f=pn/60。系统频率的变化对发电机和系统安全性及给用户带来不利影响。机组转速的测量有两种方式,即利用齿盘的机械脉冲测速和利用 Prr的电气残压测速。

2 转速检测原理

    PT信号经过降压 、限幅后,利用施密特触发器整形,进行 2分频,然后经过光电耦合器进入单片机;齿盘信号亦通过整形2分频经由光电耦合器进入微控制器。LPC2104微控制器内部有两个32位定时器:定时器0及定时器 1,定时器对外设时钟pclk计数,根据相关匹配寄存器的设置,当匹配时产生中断;还可以工作在捕获方式,当输入信号跳变时,可产生中断 。这里预分频寄存器TOPR设置预分频计数器TOPC的最大值为 12,相当于12分频 ;捕获控制寄存器TOCCR设置触发事件为双边沿发生,CAP0.0为捕获信号,见图 1

 

 

 

    CAP0.0引脚上的电平跳变引发捕获,同时将其导人相应的捕获寄存器 CR0,由图 1可知,T就是频率信号的周期。

    所选晶振为 22.1184MHz,此时外设时钟频率polk=22。1184MHz,当进行12分频后有pelk/12= 1843200Hz,定时器0长度为32,则 fmin=184320O/2 一1=4.29·10~Hz,fmax=1843200Hz;当频率为5oHz时,计数器的值为 36864,Af=1843200· (1/36864 —1/36865) =1.36·10~Hz,分辨率全程不相等,但是在0~100Hz范围内可以确保0.01Hz。齿盘信号的处理同上。

系统组成

    系统总体结构见图 2,以 LPC2104为核心,采用 ~C/OS2;LCD用于实时显示测量频率,设定频率;RS232用于和 PLC及上位机通信;为方便使用,设置两个设定值修改按键,一个加一个减;另外还有报警输出电路,用于超限报警。

 

 

 

    为提高装置的抗干扰能力,采取了一些措施 :首先是信号要进行低通滤波,送人微控制器要经光耦,目的是将地隔离;其次是电源部分要使用滤波器,并接地,滤波器要装压敏电阻抑制电路中出现的异常过电压;再就是使用看门狗,防止程序 “跑飞”。

3.1  硬件设计

    LPC2104是 PHILIPS公司生产的支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI—S处理器, 16kB片内静态 RAM,128kB片内Flash程序存储器;多个串行口,有2个 UART,1个高速 12C和1个SPI;两个32位的定时器,实时时钟和看门狗定时器 ;最多达32个可承受5V 的 GPIO; 1.65V~1.95V供电,有两个低功耗模式;LQFP封装,体积小;具有ISP和IAP功能。其 Po。2/CAP0.0及 P0.4/CAP0.1连接两路输人信号。

液晶显示模块选用 LCM12864Zk,液晶屏幕为 128·64点阵;可显示四行,每行8个汉字,字型ROM内含8192个l6·16点阵中文字型和128个16·8半宽的字母符号字型;与单片机接口灵活,串行/并行两用;3V供电,低功耗设计。可实现汉字、ASCII码、点阵图形的同屏显示,使用方便。数据线 D。~D 与 Po.15~Po.8相连;读写数据起始脚 E接 Po.16,读写控制脚 R/w接Po.17,选择寄存器 RS接 Po.18;模块电源 VCC为3.3V,KA间背景光电源使用 4.3V,电位器用于亮度调整。

    上位机的串口使用的是 RS232标准,为负逻辑,一3~一15 V表示逻辑 “1”, +3~+15 V表示逻辑 “0”;CMOS电平是正逻辑 ,+3.5~+5V表示逻辑 “1”,0~+1.5V表示逻辑 …0’所以在和微控制器通信时必须进行电平转换,采用 MAXIM公司的单一 +5V供电的 MAX232A电平转换芯片来实现,LPC211M使用 UART0口之P0.0/TxD0及 P0.1/RxD0引脚与 MAX232A连接见图3,简单的三线连接。

    设定值加按键连 m 5,设定值减按键连 P0.6报警输出使用 P0.7,硬件电路原理如图3示。

 

 

 

3.2 软件设计

    软件设计采用嵌人式操作系统 ~C/OS2,在ADS1.2开发环境 中进行。~C/OS2是美国学者Jean J.Labrosse编写的源码公开、可移植、可裁减的抢先式实时多任务操作系统,完成进程管理、存储管理、文件系统、网络接口及进程间通讯等功能。从8位到64位,~C/OS2可以在多种架构的微处理器上工作;广泛应用于工业控制、消费电子、无线通信等领域。

    设计工作主要由 ~C/OS2的移植及驱动程序的设计两部分组成。移植中涉及到了三个文件:OS CPU.H,OS CPU— — — A.ASM 和 OS— CPU— C.C;另外时钟中断服务程序也需编写。根据测量装置的需求,有 5个任务:起始任务、数据采集 、串行通讯 、液晶显示及按键输入,优先级从高到低。

4 结束语

    装置充分发挥了 ARM处理器高性能、低功耗及低成本的特点,结合具有实时性好及可靠性高的嵌人式操作系统 ~C/OS2,完成数据采集、处理功能。转速测量装置具有价格低廉,可靠性高,使用方便的特点,技术指标达到设计要求。

此帖出自ARM技术论坛

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五彩晶圆(中级)

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