專利名稱：基于多處理器的智能儀表系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于多處理器的智能儀表系，適應于各種場合下的智能儀表系統設計。
背景技術：
20世紀80年代，由于微處理器被用到儀表中，儀表的前面板開始朝鍵盤化方向發展，過去直觀的用于調節時基或幅度的旋轉度盤，選擇電壓電流等量程或功能的滑動開關，通、斷開關鍵已經消失。20世紀90年代，儀器儀表與測量科學進步取得了重大的突破性進展。這個進展的主要標志是儀器儀表智能化程度的提高，突出表現在以下幾個方面(1)新技術的應用目前儀器儀表普遍采用EDA(電子設計自動化)、CAM(計算機輔助制造)、CAT(計算機輔助測試)、DSP(數字信號處理)、ASIC(專用集成電路)及SMT(表面貼裝技術)等。
(2)產品結構變化隨著微電子技術的迅速發展，現在的微處理器已不是以前意義上的微處理器，微處理器的結構已經可以通過軟件進行在系統改變。現在的儀器儀表在開發的同時，注重高新技術和量大面廣產品的開發與生產。注重系統集成，不僅著眼于單機，更注重系統、產品軟化，隨著各類儀器儀表裝上了MCU(微處理器)，實現了數字化后，軟件上投入了巨大的人力、財力，今后的儀器儀表歸納成一個簡單的公式儀器儀表＝AD/DA+MCU+軟件，AD芯片將模擬信號變成數字信號，再經過軟件處理變換后用DA輸出。
(3)產品開發準則發生了變化從技術驅動轉為市場驅動，從一味追求高精尖轉為“恰到好處”。開發一項成功產品的準則是，用戶有明確的需求；能用最短的開發時間投放市場；功能與性能要恰到好處；產品開發準則的另一變化是收縮方向，集中優勢。
雖然新技術的發展促進了儀表的智能化及產品地迅速化，然而從現在的智能儀表系統生產設計來看，其設計思想仍然是以測試技術為核心，根據儀表所要實現的功能，選擇合適的MCU或DSP。這些儀表普遍存在一個突出的問題，就是儀表生產出來以后，便有了固定的功能，普通使用者便無法對其進行改變。這樣，用戶為了滿足其測量多樣性的要求，便需要購買多種多樣的專用儀器設備，可能造成極大的浪費，另外，對于生產企業而言，由于專用儀器儀表規格多，數量少，其生產組織、經營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的難題之一。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種基于多處理器的智能儀表系統。該系統能提高儀表系統的智能化，具有良好的靈活性和可重構性，具有運行速度快、效率高和可擴展性好的特點。
為達到上述目的，本發明的構思是利用每個智能儀表的組成從外功能上表現為三個部分①儀表的現場(傳感器)信息處理部分；②儀表的現場(人機界面)顯示操作處理部分；③儀表的現場(系統信息通訊)處理部分。同時針對現場智能儀表系統在時間上要求不是太嚴格(ms級)以及現場測量的數據量不太多(少于256字節)的特點，對智能儀表建立儀表的現場數字信號處理(信息處理)、儀表的現場顯示操作、儀表的現場系統通訊三個共性平臺，并對各共性平臺用一功能處理器進行分別實現。從而使該系統提高智能儀表系統的智能化，具有很好的靈活性和可重構性，具有運行速度快、效率高和可擴展性好的特點。
根據上述發明構思，本發明采用以下技術方案一種基于多處理器的智能儀表系統，其包括由用于一信息處理功能的處理器、一現場顯示操作處理功能的處理器、一與外界現場進行通訊功能的處理器組成；它們之間的數據信息的流程是按智能儀表的特點先信息處理再現場操作最后與外界現場進行通訊的流水線方式進行的。
在上述的系統中，信息處理功能的處理器根據其信息量和信號處理而選用MCU或MCU+MCU組合或MCU+DSP組合。
在上述的系統中，現場通訊功能處理器是由MCU+可獨立處理現場總線協議控制器構成的。
在上述的系統中，信息處理功能的處理器被安排成處理由現場各種傳感器經信號調理后能被處理器識別的信息，同時對一些現場經變送器進行一定控制；現場顯示操作處理功能的處理器被安排成進行現場智能儀表的顯示以及和現場人員的交互操作；與外界現場進行通訊功能的處理器被安排成將現場獲取的信息傳送到現場其它智能儀表、現場總線、以太網上。
在上述的系統中，多處理器之間的通訊可以是UART、SPI或I2C方式進行連接。
本發明的顯著效果在于1)通過對智能儀表進行基于多處理器的系統構成，解決當前智能儀表系統在設計上各自重復的狀態；2)運用該系統的智能儀表能在原有舊系統的基礎上通過修改軟件的方法很快可重構新的系統(該系統的處理器都是運用在系統芯片(SOC)技術構成的)，這大大減少了產品上市的時間；3)由于在該系統中的各個處理器是各個編程并通過UART、SPI、I2C方式進行連接，因此某分處理器程序或硬件的改變對其它分處理器基本沒有太大影響，這極大地增加了系統的靈活性；4)使用該系統可以降低時鐘頻率，以避開某些射頻頻率，并降低系統的電磁干擾和散熱分布；同時也可降低系統對成本的要求。
圖1是應用本發明的基于多處理器系統的智能儀表系統結構框圖。
圖2是信息處理功能處理器21的結構框圖。
圖3是現場顯示操作功能處理器22的結構框圖。
圖4是現場通訊功能處理器23的結構框圖。
圖5是基于多處理器的智能儀表系統執行的處理的流程圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發明的一個優選實施例進行具體介紹下面將介紹一個實施例是基于多處理器的智能儀表系統。
參見圖1，本基于多處理器的智能儀表系統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的信號調理器3好的信號進行信息的濾波、量綱變換以及比較復雜的信息處理如功率譜估計、頻譜校正、最大熵譜分析，以實現進行信息處理所需要的各種功能。信息經21處理后通過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的信息后按用戶的要求進行各種數據方式的顯示及動作并對相應地異常進行報警提示。該處理器22還可以對信息處理器21所傳送來的測量方式進行控制。而功能為現場通訊的處理器23將該儀表所測量的信息傳送到控制中央室或其它現場設備4進行遠程顯示，該處理器23的通訊協議按現場的情況可以是RS-232協議、RS-485協議、PROFIBUS協議、DeviceNet協議、Foundation Fieldbus協議、HART協議、MODbus協議、CAN協議以及自定義的各種現場通訊方式。由于工業現場智能儀表要求的實時性一般都在毫秒級別且一個智能儀表數據信息測量量不會超過百個，因此對于處理器21、處理器22和處理器23之間的通訊這里還是運用比較簡單地方式如UART、SPI或I2C通訊進行。由于在該系統中選擇的微處理器(MCU)都運用了SOC技術，因此這對于未來處理器之間通訊方式的升級可以通過軟件方式很容易實現。
參見圖2，上述的信息處理功能的處理器21是在現場測量的信息比較多時使用的一種方式。MCU211對傳感器經調理的信號進行初步信息處理，并對傳感器進行必要地設置，MCU212對MCU211傳送過來地信息進行進一步地處理以便得到用戶需要的信息。MCU211和MCU212之間的通訊方式也是運用比較簡單地方式如UART、SPI或I2C通訊進行。當現場測量的信息比較少且信息處理比較簡單時可以使用一MCU211即可；當信息處理比較復雜時其中一MCU可以用DSP來代替，而它們之間的通訊連接可以HPI(即主機接口)來實現，用來與主設備或主處理器接口。外部主機是HPI的主控者，它可以通過HPI直接訪問DSP的存儲空間，包括存儲器映像寄存器。
參見圖3，上述的顯示操作的處理器23是由SOC技術構成的一種MCU，該MCU包括微處理核226和主FLASH221、輔FLASH222、SRAM223、CPLD224和JTAG225通過總線連接在一起。
參見圖4，上述的現場通訊功能的處理器23包括SPC3微處理器和FLASH231、SRAM232和一個用于PROFIBUS-DP的RS-485的235接口組成，該處理器中的SPC3可獨立處理總線協議，與其它處理器的通信通過數據和地址總線，由連接器連接。數據交互操作由應用程序完成。
在本實施例中，智能儀表為智能電磁流量計，參見圖5，在該圖中，只寫了幾個測量信號和控制輸出信號。測量的信號經傳感器順序進入信息處理功能的處理器21中，MCU211對傳感器經信號調理的信號進行初步處理后通過UART口傳送到MCU212中，在MCU212中進行進一步地信號的處理。處理后地信號象流水線式的順序地通過UART口傳送到顯示操作功能的處理器22中，22按用戶的操作進行相應地顯示和傳送相應地勵磁電流大小、閥的繼電器控制命令給21，21中的211對又將該命令傳送給相應的現場設備如某一電磁閥。當用戶需要和其它現場設備進行通訊時，現場通訊功能的處理器23將顯示操作功能處理器22顯示的數據通過圖4的現場總線協議PROFIBUS傳送出去。在該實施例中，三處理器21、22、23是同時進行，數據象流水線型方式進行運做。
權利要求
1.一種基于多處理器的智能儀表系統，其特征在于該系統由用于一信息處理功能的處理器、一現場顯示操作處理功能的處理器、一與外界現場進行通訊功能的處理器組成；它們之間的數據信息的流程是按智能儀表的特點先信息處理再現場操作最后與外界現場進行通訊的流水線方式進行的。
2.根據權利要求1的基于多處理器的智能儀表系統，其特征在于信息處理功能的處理器根據其信息量和信號處理而選用MCU或MCU+MCU組合或MCU+DSP組合。
3.根據權利要求1的基于多處理器的智能儀表系統，其特征在于現場通訊功能處理器是由MCU+可獨立處理現場總線協議控制器構成的。
4.根據權利要求1的基于多處理器的智能儀表系統，其特征在于信息處理功能的處理器被安排成處理由現場各種傳感器經信號調理后能被處理器識別的信息，同時對一些現場經變送器進行一定控制；現場顯示操作處理功能的處理器被安排成進行現場智能儀表的顯示以及和現場人員的交互操作；與外界現場進行通訊功能的處理器被安排成將現場獲取的信息傳送到現場其它智能儀表、現場總線、以太網上。
5.根據權利要求1的基于多處理器的智能儀表設計系統，其特征在于多處理器之間的通訊是UART、SPI或I2C方式進行連接。
全文摘要
本發明涉及一種基于多處理器的智能儀表系統，適應于各種場合下的智能儀表。它包含一信息處理功能的處理器，一現場顯示操作處理功能的處理器和一與外界現場進行通訊功能的處理器組成。本發明中的各個功能處理器之間是相互獨立，各自編程，因此，具有很好的靈活性和可重構性，具有運行速度快、效率高和可擴展性好的特點。同時，它減輕了以前智能儀表一個處理器的負擔，降低了對一個處理器的要求，從而也就減低了智能儀表系統的價格。
文檔編號G08C19/00GK1851772SQ20061002622
公開日2006年10月25日 申請日期2006年4月28日 優先權日2006年4月28日
發明者沈天飛, 高新聞, 史驥 申請人:上海大學