【正文】 her requirements. This thesis is about general development of field signal munication and status of intelligent transducer, analyzes function and operation principle of intelligent transducer. The transducer is designed chiefly for different weak output signal of nonstandard sensors. It can amplify the weak signal, alter the amplification factor according to the size of the weak signal and improve system sensitivity. After sample data processed, it not only can output 4～ 20mA standard direct current, but also can municate with other puters and single chip by mean of RS—485 bus. According to the output signal range of the sensor, the system sets the gain of amplification link which is posed of AD623 and X9241 by way of program, amplifies the weak signal to DC 0～ 5V, then makes A/D transition through， multi—passages and 12bit TLC2543, brings the sampled data to single chip 89C52, filtering the data, and transferring surveyor etc ,then transits the data to 4～ 20mA DC signal by DAC0832,or sends the data to other puters through isolated RS—485 bus. The design of the system has its own separate watchdog and EEPROM memory circuit。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展和廣 泛應(yīng)用，近 10 年來在控制系統(tǒng)方面有了很大進(jìn)展。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展，測量系統(tǒng)也逐漸發(fā)展，使得智能儀表的發(fā)展也越來越迅速。 開放系統(tǒng)要求互連性和互操作性，即不同廠家生產(chǎn)的儀表、裝置應(yīng)能在一個(gè)系統(tǒng)中協(xié)同工作。 專家系統(tǒng)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制技術(shù)，已在直接數(shù)字控制及優(yōu)化控制中得到了初步應(yīng)用。由于智能儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，過程控制的主流系統(tǒng) DCS 的結(jié)構(gòu)將發(fā)生轉(zhuǎn)折性變化，控制功能向現(xiàn)場轉(zhuǎn)移和分散，專利系統(tǒng)將向用戶可配置 (集成 )的開放系統(tǒng)過渡。對(duì)于諸如溫度、濕度、流量、位移等物理量的測量與控制，如何提高系統(tǒng)的可靠性與精度，減少外部連接線，對(duì)于量程浮動(dòng)、輸出信號(hào)可遠(yuǎn)傳和隨量程線性轉(zhuǎn)移，以及一機(jī)多用 ，以同一檢測模板用于不同物理量的檢測場合，并滿足多種線性與非線性輸入信號(hào)的精度要求等課題，已越來越為廣大科技人員所關(guān)注。隨著高參數(shù)、大容量設(shè)備的增加和過程工藝的復(fù)雜化。智能變送器即在變送器本體內(nèi)直接使用微處理器芯片，對(duì)被測物理量進(jìn)行數(shù)字化處理，并增加數(shù)字通信 接口，可直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字通信。 1983 年，美國 Honeywell 公司將第一個(gè)稱為 Smart 變送器的 STJ— 3000D壓力變送器推入了美國國內(nèi)市場，使智能變送器進(jìn)入了商品化。這一 典型的數(shù)字通信功能縮小了測量技術(shù)與控制技術(shù)之間的差距。 ,一般智能變送器精度為士 ％，如工作在數(shù)字方式下則更高。寬量程比可使變送器本身的實(shí)用性，通用性得以提高，給用戶及設(shè)計(jì)者帶來方便，減少備用表數(shù)量及種類。 另外智能變送器組態(tài)的內(nèi)容包括遠(yuǎn)程設(shè)定變送器標(biāo)號(hào)，線性輸出或是方根輸出，測量范圍，阻尼時(shí)間常數(shù)等。智能變送器的自診斷功能也給使用和維修帶來不少實(shí)惠，比如JTD 200 型變送器，自診斷的內(nèi)容包括組態(tài)檢查、通訊檢查、變送器工作檢查、過程異常檢查等。微機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)將會(huì)進(jìn)入越來越多的儀表。而對(duì)使用者來說，可以在控制室內(nèi)對(duì)現(xiàn)場 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 變送器進(jìn)行調(diào)整，更改量程，組態(tài)等操作，相當(dāng)方便。智能變送器具有 40： 1 的量程比，很容易克服上述困難。DDZIII 型模擬儀表皆以 4～ 20mADC 信號(hào)作為現(xiàn)場信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。 1986 年 ,Rosemount 公司提出了 HART 通信協(xié)議 (Highway Addressable Remote Transducer)即可尋址數(shù)據(jù)通道遠(yuǎn)傳傳感器。 1200Hz “1” 2200Hz “0” 圖 11 HART 協(xié)議智能變送器輸出信號(hào)波形 由于 HART 協(xié)議采用了 4～ 20mADC 信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的混合傳輸方式，使其不僅可利用 4～ 20mA DC 信號(hào)而且可利用同一電纜利用數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)雙向多信息傳輸，從而達(dá)到諸如修改量程、阻尼時(shí)間、 PID 參數(shù)等目的，進(jìn)而可提高系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和管理效率，降低操作和運(yùn)行成本。據(jù) 1994 年統(tǒng)計(jì)，世界上遵守 HART 協(xié)議的產(chǎn)品市場占有率約為 70%左右。微處理器與傳感器、執(zhí)行器相結(jié)合涌現(xiàn)了大量的智能化、數(shù)字化變送器和執(zhí)行裝置。開放性是現(xiàn)場總線的主要標(biāo)志之一。毫無疑問，數(shù)字化傳輸是現(xiàn)場變送器信號(hào)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。盡管 CAN 總線有許多優(yōu)點(diǎn)，但CAN 總線開發(fā)、使用費(fèi)用要高于 RS— 485 總線，從經(jīng)濟(jì)性考慮，設(shè)計(jì)采用RS—485 總線。主要完成物理信號(hào)的測量和換處理。智能變送器都是以 CPU 為核心構(gòu)成的數(shù)字化儀表，工作原理如圖 21 所示。下面分節(jié)給予介紹。 情況下，信號(hào)幅值不一致，如同批次某應(yīng)變片式壓力傳感器，在同一 +5VDC 電壓供電情況下，滿量程時(shí)輸出信號(hào)在 ～ 之間變化；不同作用的傳感器同樣存在輸出信號(hào)不一致的問題。可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆娓淖兎绞街饕腥斯?(或機(jī)械 )和程控兩大類，具體方法有多種，每種方法各有其優(yōu)點(diǎn)和局限性。 用不同阻值的固定電阻 ，將其分別接入運(yùn)放的輸入回路，以此來達(dá)到改變輸入電阻的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的放大或衰減，即改變放大器的增益。采用程控改變運(yùn)放的反饋電阻來實(shí)現(xiàn)可變?cè)鲆娴姆糯笃鳌? AD623 是一個(gè)集成單電源儀表放大器，該芯片內(nèi)含 3 個(gè)運(yùn)算放大器，它能在單電源下提供滿電源幅度的輸出。線路噪聲及諧波將由于共模抑制比在高達(dá) 200HZ 時(shí)仍保持恒定而受到抑制。每個(gè)放大器接入一個(gè)精確的 50kΩ的 反饋以保證增益可編程。在需要電壓 /電流轉(zhuǎn)換的運(yùn)用中僅僅需要在 5 腳與 6 腳之間連接一只小電阻。 AD623 的增益由 RG 進(jìn)行電阻編程，或更準(zhǔn)確的說，由 1 腳與 8 腳之間的阻抗來決定。X9241 包含四個(gè)電阻陣列，每個(gè)陣列包含有 63 個(gè)電阻單元，所有的四個(gè)電位器分享串行接口并分享一個(gè)公共的結(jié)構(gòu)。每個(gè)電阻陣列，與一個(gè)滑動(dòng)端計(jì)數(shù)寄存器（ WCR）和四個(gè) 8 位數(shù)據(jù)寄存器聯(lián)系在一起，這四個(gè)數(shù)據(jù)寄存器可以由用戶直接寫入和讀出。當(dāng)前滑動(dòng)端的位置可以被傳輸?shù)脚c它相聯(lián)系的任 意 一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。在產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格、封裝形式、適用范圍等方面，已形成一個(gè)系 列。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 V C CEO CI/ O C LO C KD A TA IN P U TD A TA O U TCSR EF +R EF A IN 1 0A IN 9A IN 0A IN 1A IN 2A IN 3A IN 4A IN 5A IN 6A IN 7A IN 8GNDTL C 2 5 4 3 圖 24 TLC2543C 的引腳 TLC2543C 的主要性能 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器是過程及儀器儀表、設(shè)備等檢測與控制裝置中應(yīng)用比較廣泛的器件。在本芯片工作溫度 (0℃ ～ 70℃ )范圍內(nèi) 。 CS：片選端， CS 由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，并控制和使能 DATA OUT、 DATA INPUT 和 I/O CLOCK。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端。通常 REF＋ 接 VCC， REF－ 接 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 GND。 V C CE O CI / O C L O C KD A T A I N P U TD A T A O U TCSR E F +R E F A I N 1 0A I N 9A I N 0A I N 1A I N 2A I N 3A I N 4A I N 5A I N 6A I N 7A I N 8GNDU?T L C 2 5 43E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10 / T1P 11 / T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?8 05 2OUTV C CV C CC A P C A P2 1 圖 25 與 CPU 的接口原理 TLC2543C 的轉(zhuǎn)換過程 TLC2543 每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用 16 個(gè)時(shí)鐘周期，且在每次傳送周期之間插入 CS 的時(shí)序。 ，同時(shí)進(jìn)行兩種操作 :在 I/OCLOCK的前 8 個(gè)脈沖上升沿，以 MSB 的方式從 DATA INPUT 端輸入 8 位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。 I/O 周期的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長度同時(shí)由輸入數(shù)據(jù)的 D3D2 位選擇 1 16 位時(shí)， 在前 8 個(gè)時(shí)鐘脈沖之后， DATA INPUT 便無效。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 數(shù) — 模轉(zhuǎn)換器接口電路設(shè)計(jì) 數(shù) — 模轉(zhuǎn)換器選用具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832，是美國國家半導(dǎo)體公司（ NSC）的產(chǎn)品，能直接與 MCS— 51 單片機(jī)相接口，不需要附加任何其他 I/O 接口芯片。其輸入端可分為單緩沖型接口方法，雙緩沖型接口方法和直通型的接口方法。 V/I 變換電路設(shè)計(jì) 本部分主要由多通道模擬開關(guān) CD4051，采樣保持集成電路 LF398，及放大器組成。其中電平轉(zhuǎn)換電路可完成 CMOS 到 TTL 的電平轉(zhuǎn)換功能，因此輸入電平范圍寬，數(shù)字量信號(hào)電平幅度為 3～ 15V，模擬信號(hào)峰 — 峰值可達(dá) 15V。片內(nèi)不含保持電容 CH,一般選擇電解電容，當(dāng)保持電容為 時(shí)，信號(hào)達(dá)到 ％精度所需要的獲取時(shí)間（采樣時(shí)間）為 25us，其下降速率為 3mv/s。設(shè)計(jì)中采用了專用集成電路 X5045。 采樣保持放大器 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 CSSOWPV s sV c cR ES / R E SS C KSIX 5 0 4 5 圖 29 X5045 引腳圖 表 22 X5045 引腳含義 CS 片選信號(hào) SI 串行輸出 SO 串行輸出 SCK 串行時(shí)鐘信號(hào) WP 寫使能引腳 RES 復(fù)位 VSS 電源負(fù) VCC 電源正 X5045 與單片機(jī)接口見圖 210 所示： CSSOWPV s sV c cR E S / R E SS C KSIU?X 5 04 5E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10 / T1P 11 / T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 27