基于PROFIBUS的监测子站设计

系统的硬件主要由键盘、显示模块、通信模块、系统测量模块组成（图2）。采用3×3行列扫描键盘可以大大节省I/O口的占用。128×64点阵图形LCD可以显示大量信息。为了保存一些设定的参数和运行数据，选用Microchip公司生产的串行存储器芯片24LC02B，它采用I2C总线接口，以256个字节为单位组成一块，页写缓冲区高达8个字节，1百万次擦写。通信模块由SPC3芯片及外围电路组成，由于SPC3采用的是5V供电，而MSP430F149采用3.3V供电，在硬件设计中要考虑3.3V逻辑系统和5V逻辑系统共存，器件对加到输入脚或输出脚的电压通常是有限的，这些引脚由二极管或分离元件接到Vcc，为了避免元器件的损坏和数据的丢失，采用专用的电平转换器SN74LVCC4245A芯片，它是一个8bit宽度的双向I/O电平转换器，BUS B为3.3V数据，BUS A为5V数据连接SPC3芯片，其中DIR决定数据方向。SPC3中断信号X/INT通过电平转换后送入P1.6，为单片机提拱通信中断信号。为了提高通信的抗干扰性，SPC3的内部电路必须与物理接口在电器上隔离，采用高速光耦HCPL7101和SN75ASL176D收发器保障了PROFIBUS总线通信的高可靠性。

轴温测量采用美国DALLAS公司生产的单总线数字式温度测量芯片的DS18B20，工作电压3.0V~5.5V，测温范围为-55℃~+125℃，具有总线结构，通过P2.0就可以实现对8个温度传感器信号的采集。

图2 系统接口电路图

4.系统软件设计

系统上电后，首先要对SPC3和LCD进行初始化，配置寄存器。主程序中根据中断请求分别调用信号采集、键盘显示和通信程序。

4．1状态信号采集

信号采集程序的调用是由定时器中断产生的，由于监测系统不参与实时控制，同时为了避免总线上大量数据的传输，每2秒产生一次中断，执行信号采集。状态信号经过外部电路转换后，进入MSP430单片机时都为模拟电压信号，在程序上主要是A/D转换和滤波。对于温度传感器，由于是采用总线连接，对应不同的地址，调用8次读温度子程序，刷新温度缓存器中的数值，等待显示程序和通信程序的调用。转速测量采用定时器及中断计数的方法。

4．2 键盘显示

键盘采用行列扫描方式，当有按键动作时，产生中断信号，执行参数设定、显示、翻页等程序。LCD显示模块内部含有字库，因此不需要进行字模的编写。初始化完成后，定时向显示缓存区送出要刷新的数据。

4．3通信接口

通信接口软件在系统中较为重要，包括三部分：SPC3初始化、输入处理和输出处理。SPC3上电后首先要进行一次初始化，设定SPC3寄存器变量名称、硬件模式、地址及标识号、各个BUF地址及长度、取得BUF指针。当SPC3产生信号给P1.6时，CPU产生中断，执行输入处理程序，获得总线上的指令和数据。子站在执行状态信号采集后，执行一次数据输出处理，向总线发送该子站的状态参数。

4．4 GSD文件

编写标准的GSD文件后，该子站就可以作为标准PROFIBUS设备使用，为各种不同的厂家所识别（系统主站为SIEMENS PLC-300）。GSD文件包括厂商和设备名称、软硬件版本号、波特率、监控时间间隔和从站设备通道数量、类型等等。

5.结束语

基于MSP430F149及PROFIBUS-DP总线的减速机在线监测系统，具有测量参数多、精度高，显示灵活，传输距离远，抗干扰能力强等优点。在同等监测标准下，成本远低于其它监测系统。本文以减速机为实例，阐述了具有总线结构的分布式状态监测子站的构建，在电力、石油、化工等领域中具有推广价值。

本文作者创新观点：提出了一种新的工厂在线监测手段，将MSP430和PROFIBUS-DP总线技术结合在了一起，具有标准的总线接口，通用性很强，适用于远距离高速传输。系统使用时方便、简单，可以直接在LCD上显示数据和信息，在远程监测中有着广阔的应用空间。

1. SPC3 Siemens PROFIBUS Controller User Description. Siemens, 1996

2. SIEMENS. SPC3 User Description [R]. 1996

3. 苏天诺,方彦军.PROFIBUS-DP与HART协议转换研究及其网关设计[J].微计算机信息,2005,10-1:12~14。

4. 胡大可,MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002

5. 秦龙,MSP430单片机C语言应用程序设计 [M],北京:电子工业出版社,2006