CN1851772A

CN1851772A - 基于多处理器的智能仪表系统

Info

Publication number: CN1851772A
Application number: CN 200610026227
Authority: CN
Inventors: 沈天飞; 高新闻; 史骥
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: Shanghai University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2006-10-25

Abstract

本发明涉及一种基于多处理器的智能仪表系统，适应于各种场合下的智能仪表。它包含一信息处理功能的处理器，一现场显示操作处理功能的处理器和一与外界现场进行通讯功能的处理器组成。本发明中的各个功能处理器之间是相互独立，各自编程，因此，具有很好的灵活性和可重构性，具有运行速度快、效率高和可扩展性好的特点。同时，它减轻了以前智能仪表一个处理器的负担，降低了对一个处理器的要求，从而也就减低了智能仪表系统的价格。

Description

基于多处理器的智能仪表系统

技术领域

本发明涉及一种基于多处理器的智能仪表系，适应于各种场合下的智能仪表系统设计。

背景技术

20世纪80年代，由于微处理器被用到仪表中，仪表的前面板开始朝键盘化方向发展，过去直观的用于调节时基或幅度的旋转度盘，选择电压电流等量程或功能的滑动开关，通、断开关键已经消失。20世纪90年代，仪器仪表与测量科学进步取得了重大的突破性进展。这个进展的主要标志是仪器仪表智能化程度的提高，突出表现在以下几个方面：

(1)新技术的应用

目前仪器仪表普遍采用EDA(电子设计自动化)、CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助测试)、DSP(数字信号处理)、ASIC(专用集成电路)及SMT(表面贴装技术)等。

(2)产品结构变化

随着微电子技术的迅速发展，现在的微处理器已不是以前意义上的微处理器，微处理器的结构已经可以通过软件进行在系统改变。现在的仪器仪表在开发的同时，注重高新技术和量大面广产品的开发与生产。注重系统集成，不仅着眼于单机，更注重系统、产品软化，随着各类仪器仪表装上了MCU(微处理器)，实现了数字化后，软件上投入了巨大的人力、财力，今后的仪器仪表归纳成一个简单的公式：仪器仪表＝AD/DA+MCU+软件，AD芯片将模拟信号变成数字信号，再经过软件处理变换后用DA输出。

(3)产品开发准则发生了变化

从技术驱动转为市场驱动，从一味追求高精尖转为“恰到好处”。开发一项成功产品的准则是，用户有明确的需求；能用最短的开发时间投放市场；功能与性能要恰到好处；产品开发准则的另一变化是收缩方向，集中优势。

虽然新技术的发展促进了仪表的智能化及产品地迅速化，然而从现在的智能仪表系统生产设计来看，其设计思想仍然是以测试技术为核心，根据仪表所要实现的功能，选择合适的MCU或DSP。这些仪表普遍存在一个突出的问题，就是仪表生产出来以后，便有了固定的功能，普通使用者便无法对其进行改变。这样，用户为了满足其测量多样性的要求，便需要购买多种多样的专用仪器设备，可能造成极大的浪费，另外，对于生产企业而言，由于专用仪器仪表规格多，数量少，其生产组织、经营管理等方面都存在着很大的困难，这是目前困扰许多仪表企业的难题之一。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于多处理器的智能仪表系统。该系统能提高仪表系统的智能化，具有良好的灵活性和可重构性，具有运行速度快、效率高和可扩展性好的特点。

为达到上述目的，本发明的构思是：

利用每个智能仪表的组成从外功能上表现为三个部分：①仪表的现场(传感器)信息处理部分；②仪表的现场(人机界面)显示操作处理部分；③仪表的现场(系统信息通讯)处理部分。同时针对现场智能仪表系统在时间上要求不是太严格(ms级)以及现场测量的数据量不太多(少于256字节)的特点，对智能仪表建立仪表的现场数字信号处理(信息处理)、仪表的现场显示操作、仪表的现场系统通讯三个共性平台，并对各共性平台用一功能处理器进行分别实现。从而使该系统提高智能仪表系统的智能化，具有很好的灵活性和可重构性，具有运行速度快、效率高和可扩展性好的特点。

根据上述发明构思，本发明采用以下技术方案：

一种基于多处理器的智能仪表系统，其包括：由用于一信息处理功能的处理器、一现场显示操作处理功能的处理器、一与外界现场进行通讯功能的处理器组成；它们之间的数据信息的流程是按智能仪表的特点：先信息处理再现场操作最后与外界现场进行通讯的流水线方式进行的。

在上述的系统中，信息处理功能的处理器根据其信息量和信号处理而选用MCU或MCU+MCU组合或MCU+DSP组合。

在上述的系统中，现场通讯功能处理器是由MCU+可独立处理现场总线协议控制器构成的。

在上述的系统中，信息处理功能的处理器被安排成处理由现场各种传感器经信号调理后能被处理器识别的信息，同时对一些现场经变送器进行一定控制；现场显示操作处理功能的处理器被安排成进行现场智能仪表的显示以及和现场人员的交互操作；与外界现场进行通讯功能的处理器被安排成将现场获取的信息传送到现场其它智能仪表、现场总线、以太网上。

在上述的系统中，多处理器之间的通讯可以是UART、SPI或I2C方式进行连接。

本发明的显著效果在于：1)通过对智能仪表进行基于多处理器的系统构成，解决当前智能仪表系统在设计上各自重复的状态；2)运用该系统的智能仪表能在原有旧系统的基础上通过修改软件的方法很快可重构新的系统(该系统的处理器都是运用在系统芯片(SOC)技术构成的)，这大大减少了产品上市的时间；3)由于在该系统中的各个处理器是各个编程并通过UART、SPI、I2C方式进行连接，因此某分处理器程序或硬件的改变对其它分处理器基本没有太大影响，这极大地增加了系统的灵活性；4)使用该系统可以降低时钟频率，以避开某些射频频率，并降低系统的电磁干扰和散热分布；同时也可降低系统对成本的要求。

附图说明

图1是应用本发明的基于多处理器系统的智能仪表系统结构框图。

图2是信息处理功能处理器21的结构框图。

图3是现场显示操作功能处理器22的结构框图。

图4是现场通讯功能处理器23的结构框图。

图5是基于多处理器的智能仪表系统执行的处理的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的一个优选实施例进行具体介绍：

下面将介绍一个实施例是基于多处理器的智能仪表系统。

参见图1，本基于多处理器的智能仪表系统2包括一功能为信息处理的处理器21，该处理器是用于将传感器或变换器1的信号调理器3好的信号进行信息的滤波、量纲变换以及比较复杂的信息处理如功率谱估计、频谱校正、最大熵谱分析，以实现进行信息处理所需要的各种功能。信息经21处理后通过UART、SPI或I2C方式送到功能为显示操作的处理器22，处理器22接到信息处理器21的信息后按用户的要求进行各种数据方式的显示及动作并对相应地异常进行报警提示。该处理器22还可以对信息处理器21所传送来的测量方式进行控制。而功能为现场通讯的处理器23将该仪表所测量的信息传送到控制中央室或其它现场设备4进行远程显示，该处理器23的通讯协议按现场的情况可以是RS-232协议、RS-485协议、PROFIBUS协议、DeviceNet协议、Foundation Fieldbus协议、HART协议、MODbus协议、CAN协议以及自定义的各种现场通讯方式。由于工业现场智能仪表要求的实时性一般都在毫秒级别且一个智能仪表数据信息测量量不会超过百个，因此对于处理器21、处理器22和处理器23之间的通讯这里还是运用比较简单地方式如UART、SPI或I2C通讯进行。由于在该系统中选择的微处理器(MCU)都运用了SOC技术，因此这对于未来处理器之间通讯方式的升级可以通过软件方式很容易实现。

参见图2，上述的信息处理功能的处理器21是在现场测量的信息比较多时使用的一种方式。MCU211对传感器经调理的信号进行初步信息处理，并对传感器进行必要地设置，MCU212对MCU211传送过来地信息进行进一步地处理以便得到用户需要的信息。MCU211和MCU212之间的通讯方式也是运用比较简单地方式如UART、SPI或I2C通讯进行。当现场测量的信息比较少且信息处理比较简单时可以使用一MCU211即可；当信息处理比较复杂时其中一MCU可以用DSP来代替，而它们之间的通讯连接可以HPI(即主机接口)来实现，用来与主设备或主处理器接口。外部主机是HPI的主控者，它可以通过HPI直接访问DSP的存储空间，包括存储器映像寄存器。

参见图3，上述的显示操作的处理器23是由SOC技术构成的一种MCU，该MCU包括微处理核226和主FLASH221、辅FLASH222、SRAM223、CPLD224和JTAG225通过总线连接在一起。

参见图4，上述的现场通讯功能的处理器23包括SPC3微处理器和FLASH231、SRAM232和一个用于PROFIBUS-DP的RS-485的235接口组成，该处理器中的SPC3可独立处理总线协议，与其它处理器的通信通过数据和地址总线，由连接器连接。数据交互操作由应用程序完成。

在本实施例中，智能仪表为智能电磁流量计，参见图5，在该图中，只写了几个测量信号和控制输出信号。测量的信号经传感器顺序进入信息处理功能的处理器21中，MCU211对传感器经信号调理的信号进行初步处理后通过UART口传送到MCU212中，在MCU212中进行进一步地信号的处理。处理后地信号象流水线式的顺序地通过UART口传送到显示操作功能的处理器22中，22按用户的操作进行相应地显示和传送相应地励磁电流大小、阀的继电器控制命令给21，21中的211对又将该命令传送给相应的现场设备如某一电磁阀。当用户需要和其它现场设备进行通讯时，现场通讯功能的处理器23将显示操作功能处理器22显示的数据通过图4的现场总线协议PROFIBUS传送出去。在该实施例中，三处理器21、22、23是同时进行，数据象流水线型方式进行运做。

Claims

1.一种基于多处理器的智能仪表系统，其特征在于该系统由用于一信息处理功能的处理器、一现场显示操作处理功能的处理器、一与外界现场进行通讯功能的处理器组成；它们之间的数据信息的流程是按智能仪表的特点：先信息处理再现场操作最后与外界现场进行通讯的流水线方式进行的。

2.根据权利要求1的基于多处理器的智能仪表系统，其特征在于信息处理功能的处理器根据其信息量和信号处理而选用MCU或MCU+MCU组合或MCU+DSP组合。

3.根据权利要求1的基于多处理器的智能仪表系统，其特征在于现场通讯功能处理器是由MCU+可独立处理现场总线协议控制器构成的。

4.根据权利要求1的基于多处理器的智能仪表系统，其特征在于信息处理功能的处理器被安排成处理由现场各种传感器经信号调理后能被处理器识别的信息，同时对一些现场经变送器进行一定控制；现场显示操作处理功能的处理器被安排成进行现场智能仪表的显示以及和现场人员的交互操作；与外界现场进行通讯功能的处理器被安排成将现场获取的信息传送到现场其它智能仪表、现场总线、以太网上。

5.根据权利要求1的基于多处理器的智能仪表设计系统，其特征在于多处理器之间的通讯是UART、SPI或I2C方式进行连接。