【正文】 ........................................... 31 結(jié)論 ............................................................................................................................... 32 致謝 ............................................................................................................................... 33 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................... 34 附錄 A ........................................................................................................................... 35 附錄 B ........................................................................................................................... 40 附錄 C ........................................................................................................................... 44 附錄 D ........................................................................................................................... 45 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒論 課題背景 自動化儀表主要由檢測儀表和控制儀表兩大部分組成。 用 多媒體技術(shù)無疑可以引入過程控制領(lǐng)域。微處理器直接對被測信號進(jìn)行數(shù)字化處理，使變送器的測量精度和量程比大為提高，并具有診斷報警功能，還可克服溫漂和各種零漂影響，有的還具有直接 PID 輸出等高級處理功能。 DCS 或通信器可遠(yuǎn)距離對變送器編程、組態(tài)、檢查和校驗(yàn) ,傳統(tǒng)的變送器在調(diào)校時，應(yīng)從現(xiàn)場拆除 進(jìn)行離線校驗(yàn)，既影響生產(chǎn)又很繁瑣，而且有些變送器是安裝在高溫、高壓、危險爆炸場所或者人們很難達(dá)到的地點(diǎn)，采用智能變送器避免了以上繁瑣危險的工作 [7]。 對于一些環(huán)境溫度及過程靜壓變化較大而要求測量精度高的場合，利用智能變送器具有溫度及靜壓補(bǔ)償?shù)墓δ?，可明顯提高變送器的測量準(zhǔn)確性，如儲運(yùn)系統(tǒng)灌區(qū)液位的測量點(diǎn)以及冬季與夏季、晝夜之間溫差較大，很容易使普通變送器誤差增加一倍，而智能變送器卻能夠克服 這一缺點(diǎn)，提高測量精度。其次，由于 HART 協(xié)議采用了 OSI 的簡化模型，使不同廠家生產(chǎn)的 HART協(xié)議產(chǎn)品具有一定 的開放性，大大方便了用戶的選用。 圖 12 數(shù)字化變送器框圖 在數(shù)字傳輸方面，有現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，但限于資料和開發(fā)工具限制，還不能按其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。硬件擴(kuò)展方便，用途廣泛 [2]。設(shè)計(jì)采用的電路具有增益范圍寬、成本低，適用做單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳感器與 ADC 之間的信號放大器。在單位增益下，輸出放大器限制了帶寬。 模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇及接口電路設(shè)計(jì) TLC2543C 簡介 TLC2543 是具有 11 個輸入端的 12 位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 DATA INPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)以 MSB 為前導(dǎo)并在 I/O CLOCK的前 4 個上升沿移入 4 位地址，用來選擇下一個要轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號或測試電壓，之后 I/O CLOCK 將余下的幾位依次輸入 。 四個 I/O CLOCK 脈沖的下降沿開始對所選信號進(jìn)行采樣，直到最后一個 I/O CLOCK 脈沖下降沿。由于設(shè)計(jì)的是六個通道采集輸入和六個通道分別輸出的系統(tǒng)，所以用 8 選 1 的模擬開關(guān) CD4051。當(dāng) Vcc 超過器件的 Vtrip 門限值時，電路將在 200ns(典型 )延時后釋放 RESET 以允許系統(tǒng) xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 開始工作。 WEL 位用于指出“寫使能”鎖存的狀態(tài)。共設(shè)計(jì) 4 個按鍵。程序框圖如圖 31 所示。其主要任務(wù)完成系統(tǒng)自檢、初始化、處理鍵盤命令、處理接口命令、處理?xiàng)l件觸發(fā)并完成顯示功能。 顯示器接口電路設(shè)計(jì) LCD 的顯示分為顯示區(qū)與信息區(qū)兩部分，其中信息區(qū)顯 示固定信息（如哈爾濱理工大學(xué)等），顯示區(qū)包括通道號 和通道 信息 ?？刂莆挥糜谠O(shè)置看門狗 定時器的操作 和存儲器的塊鎖保護(hù)。 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 SI 串行輸出 SO 串行輸出 SCK 串行時鐘信號 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 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?8 05 2V C C1 0K1 00 u F 圖 210 X5045 與單片機(jī)接口原理圖 設(shè)計(jì)中應(yīng)用到以下幾方面功能： X5045 加電時會激活其內(nèi)部的上電復(fù)位電路，從而使 RESET 引腳有效。 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。 ，同時進(jìn)行兩種操作 :在 I/OCLOCK的前 8 個脈沖上升沿，以 MSB 的方式從 DATA INPUT 端輸入 8 位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。 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。當(dāng)前滑動端的位置可以被傳輸?shù)脚c它相聯(lián)系的任 意 一個數(shù)據(jù)寄存器。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。采用程控改變運(yùn)放的反饋電阻來實(shí)現(xiàn)可變增益的放大器。下面分節(jié)給予介紹。毫無疑問，數(shù)字化傳輸是現(xiàn)場變送器信號傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。 1200Hz “1” 2200Hz “0” 圖 11 HART 協(xié)議智能變送器輸出信號波形 由于 HART 協(xié)議采用了 4～ 20mADC 信號和數(shù)字信號的混合傳輸方式，使其不僅可利用 4～ 20mA DC 信號而且可利用同一電纜利用數(shù)字信號實(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。而對使用者來說，可以在控制室內(nèi)對現(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。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。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。 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。 關(guān)鍵詞 智能變送器 ； 通信；單片機(jī)；現(xiàn)場總線；測量信號 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Intelligent sensor based on singlechip design Abstract With the development of Automation and the progress of the micro electronics technology, and the mature of Field Bus, digital control technology is widely used in production process, so collection, transition and treatment of signal should meet higher 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。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模越來越大，相應(yīng)的自動化管理系統(tǒng)日趨復(fù)雜。操作員、工程師將可以坐在控制室里，從 DCS 的計(jì)算機(jī)屏幕上看到現(xiàn)場的真實(shí)畫面，聽到來自現(xiàn)場的聲音，以此來監(jiān)視設(shè)備的關(guān)鍵部位。通過數(shù)字雙向通信，可在控制室中對變送器進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、標(biāo)定和組態(tài)，因此智能變送器的性能遠(yuǎn)優(yōu)于普通變送器，近 10 年來在國外已獲得日益廣泛的應(yīng)用。 變送器的發(fā)展是與傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展分不開的，新一代的變送器必然是全數(shù)字化的。 近年來，受市場經(jīng)濟(jì)的影響，煉油廠加工的原油性質(zhì)及處理量有較大的波動，導(dǎo)致部分流量的測量回路經(jīng)常出現(xiàn)超量程或低量程運(yùn)行，而采用的 FC 系列變送器，量程比太?。?10： 1），改量程時變送器需換型，給生產(chǎn)維護(hù)帶來