基于LPC2294的泵舱信号转换电路设计

摘要 提出了一种泵舱信号转换电路的设计，将船用泵的压力值通过压力传感器发送给控制芯片LPC2294。再经对数据的打包封装，通过以太网控制芯片将数据发送至以太网。此外还给出了转换电路的硬、软件设计流程，并经过测试实验证明其的有效性。该设计对于船用泵压力异常状态具有良好的预警作用，实现了船员的远程监控要求。

近年来，中国航海事业快速发展，船舶安全也日益成为倍受关注的问题。据统计，自上世纪80年代以来，爆燃和火灾造成的海难事故比重平均每年递增1%，在我国每年的海难事故近千起，其中因船舶起火和爆炸造成的损失约占10%，造成了重大经济损失和人员伤亡。

作为船舶的重要组成部分，泵舱内的各类船用泵的状态直接影响着船舶的正常运作，而船用泵的压力值则是各项船用泵状态参数中最具代表性的一种。借助于现代传感器技术的普遍应用，其能代替轮机员正确地实现对机舱中的主辅机等设备和各系统的巡视管理和控制。

本文提出一种基于LC2294处理器的泵舱信号转换电路，实现了对3路4～20 mA电流信号的采集处理，并将4～20 mA电流信号转化为0～1.6 MPa压力信号，当压力信号超过设定门限后进行压力超限光报警，转化误差≤0.01 MPa，同时将压力数据通过10/100 Mbit·s-1自适应双冗余以太网上传到上位机，数据发送频率≥5次/s。

1 信号转换电路设计

图1所示为本转换电路设计与实现的整体方案框图，其中LPC2294作为信号转换电路的主控制器，扩展了两个10/100 Mbit·s-1自适应网卡接口，以μC/OS-II实时操作系统作为控制平台。对TCP/IP协议栈进行裁剪与实现，并通过软件设计完成了对压力传感器的数据接收转换以及通过以太网进行数据发送。

硬件电路设计主要有6部分：主控制电路、压力信号接收电路、模数转换电路、存储电路、以太网接口电路和辅助电路。

1.1 系统主控制器

本设计选用LPC2294处理器作为控制芯片。选择该芯片是因LPC2294具有超强功能、低功耗以及丰富的片上资源，并带有先进的验收滤波器，提供了系统的集成度和复杂度，保证了系统的稳定性。为确保系统对于堆栈和数据的存储，还外接了1 MB的16位SRAM存储器IS61WV1024 16BLL。SRAM存储器IS61LV102416BLL采用高性能CMOS技术，其具有低功耗，访问速度快，支持自动刷新和自刷新功能。

1.2 压力信号接收电路

为适应不同类型的压力传感器输出，本设计对每个传感器接口设置了两种接收电路并以跳线形式进行选择。压力传感器信号首先进入接收电路，将相应的电流信号转化为电压信号。在压力信号进行模数转换前，为了避免信号的相互干扰，保证测试设备和被测试设备的安全，需协调其之间的电位差，以提高共模抑制比，信号先经ISO124隔离运算放大器芯片，可将其他杂波干扰滤除，防止其在随后的模数转换过程中造成测量数据与实际真值的偏差。经ISO124的隔离净化，信号送入AD7888模数转换芯片将得到的模拟量转化为数字量。

1.3 模数转换电路

本设计中采用标准5 V电源对AD7888进行供电，并将已转换为电压形式的模拟压力信号分别送入模拟信号1～3引脚。由于LPC2294芯片的电平为3.3 V，而AD7888的电平为5 V。因此，LPC2294对AD7888的控制信号需要进行电平转换，这才能稳定的对AD7888进行控制。

设计中使用74LVC245进行电平转换，将来自LPC2294芯片的片选信号、时钟信号以及数据输入信号送入74LVC245，经电平转换后分别输入给AD7888。因LPC2294可承受5 V电压，所以将模数转换后的输出数据直接送入LPC2294的P0.28引脚。其具体电路如图2所示。

1.4 以太网接口电路设计

以太网接口电路主要由DM9000E以太网控制器及HR601860网卡变压器组成。DM9000E是由Davicom公司设计的一款低功耗、高集成、高速以太网控制芯片，其可与CPU直接相连，并支持10/100 Mbit·s-1以太网连接，且接口支持8位、16为32位不同的处理器。系统设计为两个网口，一个主网口，另一个为冗余网口。系统中LPC2294与DM9000E采用16位总线方式进行控制连接，并将其设定在100 MHz全双工模式下。通过对LPC2294的CS2、CS3引脚进行控制以实现输出片选信号对两个网口进行选择。电路设计方面将CS2、CS3与74HC245的引脚A2、A1进行连接，并将74HC245B1、B2引脚分别与冗余网卡芯片及主网卡芯片的ANE引脚相连。再将两个DM9000E芯片的CMD引脚与LPC2294的A2相连。可将主网卡芯片和冗余网卡芯片的数据端口地址与索引端口地址分别配置成为0x83800000、0x83800004和0x83400000、0x83400004。DM9000E的物理层发送和接收端口TXO+、TXO-、RXI+、RXI-分别与HR60