【正文】 語音電路模塊設計 ............................................ 錯誤 !未定義書簽。 溫度采集模塊設計 ............................................ 錯誤 !未定義書簽。 本文根據(jù)對 HART 協(xié)議的理解以及自己在實踐過程中的總結 ， 在論文中對 HART 協(xié)議實現(xiàn)過程中的一些問題做了更進一步的說明和討論。HART 協(xié)議作為一個開放性的協(xié)議 ， 現(xiàn)已成為采暖溫控的標準 之一 。 哈 爾 濱 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 題 目： 基于 HART 協(xié)議的 采暖溫控裝置 硬件 設計 院 系： 測通學院 測控技術與儀器 系 姓 名： 指導教師： 系 主 任： 學士學位論文 I 基于 HART 協(xié)議的 采暖溫控裝置 硬件 設計 摘 要 隨著 人們對供 暖設施的不斷要求，隨著計算機技術，通信技術的發(fā)展，更加智能方便的供暖技術也在不斷提高。 其特點是在現(xiàn)有的模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉變過程中的過渡產(chǎn)品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較快的發(fā)展。在設計方案上 ， 基于對實際需求和應用環(huán)境的深入分析 ，采用 了“模塊化”和“標準接口”的設計思路 ， 使本 HART 協(xié)議通信系統(tǒng)在對原有設備和線路改動很小的情況下用于對傳統(tǒng)采暖溫控裝置進行升級。 繼電器模塊設計 ................................................ 錯誤 !未定義書簽。 單片機 控制中心模塊設計 ................................ 錯誤 !未定義書簽。 學士學位論文 AD421 基本結構和工作原理 ............................ 錯誤 !未定義書簽。 致謝 ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 學士學位論文 第 1章 緒論 課題背景 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平逐漸步入小康，人們對 自己賴以生存和歇息的住宅也開始有了進一步的要求。 目前 ， 現(xiàn)場總線已經(jīng)成為過程控制領域的熱點 ， 代表著采暖溫控發(fā)展的方向。為了給用戶提供舒適的內部環(huán)境，智能大廈的各個場所和房間溫度應常年控制在某一特定的范圍內，實現(xiàn)溫度控制智能 [1]。我國地域廣闊，人口眾多，房屋建筑規(guī)模巨大，其中住宅建設約占居住建筑的 92％，住宅建設量大而且面廣， 至今仍呈上升趨勢，而且這個上升趨勢還將持續(xù) 20～ 30 年。 學士學位論文 7 采暖 溫控在國內外的現(xiàn)狀 國外供暖系統(tǒng)主要采用的能源有：燃氣、燃油、燃煤、電力、及太陽能。這些供暖系統(tǒng)首先是在歐美等電力充足的發(fā)達國家為了防御低溫嚴寒創(chuàng)造性地應用輻射原理開發(fā)研制成功的，并且在歐美等國家已具有廣泛使用的歷史，像丹麥、挪威等國家，冬季氣候寒冷，取暖面積大，他們就將地熱技術應用于室內保溫、融雪車道、足球場地、游泳池等設施的建設中 [4][5]。應用散熱器熱水采暖有污染嚴重，噪聲大、維護費用較高、供暖費用收費難、浪費能源、熱舒適度差等缺點，大多數(shù)住戶反映采暖期在室內常常感覺口干舌燥。 電熱膜、地熱電纜采暖：電熱膜采暖是以電為能源，通過電加熱安裝在居室頂面、墻面或地面的半透明聚鋁膜，以紅外輻射的方法供暖。管理人員在控制室既可了解房間工作狀況，也能對其參數(shù)進行調整，還可預測或尋找故障，使系統(tǒng)始終處于的遠程監(jiān)控狀態(tài)?，F(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點，用總線連接實現(xiàn)信息互換，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系 統(tǒng)，是計算機控制系統(tǒng)與通訊技術結合的產(chǎn)物，是新 一代全數(shù)字、全分散和全開放的現(xiàn)場控制系統(tǒng)。 課題 研究的內容 課題研究了基于 HART 協(xié)議的采暖 溫控系統(tǒng)的相關技術，較全面地闡述了 基于 HART 協(xié)議的采暖 溫控系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。智能節(jié)點接收并執(zhí)行上位管理機的命令，執(zhí)行溫度測控和人機交互功能，并在有故障發(fā)生時可以切換到手動操作模式，保證溫度適宜。采用分為通信板和主板兩個子系統(tǒng)的“模塊化”設計，以及在通信板與主板之間通過預先定義的“標準接口”來完成數(shù)據(jù)傳遞，可以使一種通信板設計方案廣泛的適用于 ，并且在針對原有設備的改造中可以最大程度的保留原有設計，有效降低了設計難度和成本。下面是獲得廣泛應用的幾種現(xiàn)場總線技術 [10]： LonWorks 總線： LonWorks 是由美國 Echelon 公司于 20 世紀 90 年代初推出的現(xiàn)場總線。LonWorks 技術所采用的 LonTalk 協(xié)議被封裝在稱之為 Neuron 的神經(jīng)元芯片中。 ProfibusPA（ Process Automation）用于過程自動化的低速數(shù)據(jù)傳輸，其基本特征同 FF 的 H1 總線，可以提供總線供電和本質安全，并得到了專用集成電路（ ASIC）和軟件的支持。 Profibus 是一種 相對而言 比較成熟的總線，在工程上的應用十分廣泛。 FF 現(xiàn)場總線還沒有成為現(xiàn)場總線的國際統(tǒng)一標準。 H2 的傳輸速率可為 1 Mbps 和 ，其通信距離分別為 750m 和 500m。 CAN 協(xié)議是建立在國際標準組織的 OSI 模型基礎上的，取用了 OSI 七層中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。當節(jié)點嚴重錯誤時，具有自動關閉節(jié)點的功能，使總線上其他節(jié)點及其通信不受干擾。 HART 通信模型由 3 層組成，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。 HART 支持點對點主從應答方式和多點廣播方式，總線上可掛設備數(shù)多達 15 個，最大傳輸距離為 3km[8]。 HART 協(xié)議采用基于 Bell202 標準的 FSK 頻移鍵控信號，在低頻的 420mA 模擬信號上疊加幅度為 的音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為 。HART 規(guī)定了一系列命令，按命令方式工作。現(xiàn)場設備開發(fā)商采用這種標準語言來描述設備特性，由 HART 基金會負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典，主設備運用 DDL 技術來理解這些設備的特性參數(shù)而不必為這些設備開發(fā)專用接口 。 通信介質的選擇視傳輸距離長短而定。規(guī)定了 HART 幀的格式，實現(xiàn)建立、維護、終結鏈路通訊功能。由于數(shù)據(jù)的有無和長短并不恒定，所以 HART 數(shù)據(jù)的長度也是不一樣的，最長的 HART 數(shù)據(jù)包含 25 個字節(jié)。 HART協(xié)議的實現(xiàn)分析 HART 協(xié)議網(wǎng)絡模式 對于不同的應用， HART 協(xié)議的主 設備和從設備可以組成兩種不同的網(wǎng)絡模式： 單點模式和多點模式。 HART 協(xié)議單點模式如 圖 21 所示。在多點模式下，只能進行數(shù)字信號通訊，環(huán)路上的電流值被鎖定在固定值（通常為 4mA） [13]。在本節(jié)中，首先介紹了 HART 協(xié)議規(guī)定的幾種定時 。 2. 從設備響應時間 (TT0) 從設備響應時間是指從設備響應主設備的請求幀的最長時間。 TT0 = 28 字符時間（ ms） 3. 主設備超時時間（ RT1） RT1 有兩個作用，一是作為主設備對從設備超時的判斷門限 ，一是作為鏈路空閑的判斷門限。當 RT1 用于從設備超時檢測時，它與 TT0 的區(qū)別在于： RT1 是主設備判定從設備超時的門限，而 TT0 是從設備判定自身超時的門限。 第一主設備： RT1(P) = 33 字符時間（ 305 ms） 第二主設備： RT1(S) = 41 字符時間（ 380 ms） 4. 主設備切換時間（ RT2） RT2 設置了一個 足夠長的時間來保證在一個主設備通訊結束之后，另外一個主設備能夠占用通訊鏈路，以實現(xiàn)鏈路使用權的切換。如果這個主設備沒有在 HOLD 的時間內占用鏈路，則它需要等待兩倍的 RT1 時間才能再嘗試占用鏈路。 BT = 8 字符時間（ 75 ms） 設備同步操作分析 在 HART 總線上設備有同步和非同步之分。如果此主設備在 RT1 的時間里面收到一條錯誤的幀（無法識別是請求幀還是響應幀），它會根據(jù)錯誤發(fā)生的原因，選擇繼續(xù)計時 RT1 或者是重新計時 RT1，直到前述的三種情況之一出現(xiàn)。 HAR T 協(xié)議在應用層規(guī)定了強大的命令集。 設備識別 命令 命令 0 和 11 負責完成主設備讀從設備識別碼的操作。 另外，主設備也可以通過發(fā)送帶廣播地址的命令 11 的長幀來與從設備建立連接。攜帶命令＃ 3 的 HART 幀的數(shù)據(jù)域格式 。見表 23 命令＃ 40 數(shù)據(jù)域格式 所示 [14]。當命令＃ 109 的數(shù)據(jù)域字節(jié)為 0x01 時則配置從設備進入突發(fā)模式；數(shù)據(jù)域字節(jié)是 0x00 時則配置從設備退出突發(fā)模式 。當從設備進入突發(fā)模式后，它會按照命令＃ 108 配置的命令號發(fā)幀，就如同它已經(jīng)收到一條由主設備發(fā)出的具有相同命令號（例如：命令＃ 3）的請求幀一樣。在設計加熱時間段時，已經(jīng)考慮好房間的各個因素，為了保證系統(tǒng)能安全可靠的運行，則需要保證三相電源的平衡，在 A、 B、 C 相所接的地熱電纜功率應基本平衡，最大相差不超過總功率的 10%。 手動方式：在線路發(fā)生故障時，各智能節(jié)點啟動鍵盤切換到手動工作方式，用戶通過按鍵重新設定智能節(jié)點工作方式。 本章小結 本章首先對 HART 協(xié)議作了一個較為全面的分析， 并對現(xiàn)場總線方案設計做了比較， 介紹了 HART 協(xié)議 模型結構 。 主要是針對室內溫控而設計。報警接點負責在上位管理機關機時代替上位管理機對智能節(jié)點進行巡檢，并在有故障發(fā)生時報警。系統(tǒng)設計時，用戶應可以自己指定采樣間隔。 HART 協(xié)議通信模塊報警節(jié)點 室外溫度節(jié)點智能節(jié)點上位 PC 機學士學位論文 20 5. 系統(tǒng)的可擴展性即 能方便的增加受控的房間，只需要增加智能節(jié)點并在上位管理機上添加新增房間 的 信息就可以添加到系統(tǒng) 并順利進行監(jiān)控 。在溫度傳感器或者線路出現(xiàn)故障時，用戶可以將系統(tǒng)的工作方式轉 換為手動方式，使用鍵盤來對智能節(jié)點進行控制。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NG