【文章內(nèi)容簡介】 于工業(yè)方面的不斷發(fā)展，對傳感器信號變送器的要求越來越高。本論文目的是設(shè)計(jì)出多類型信號輸出的力傳感器信號變送器。設(shè)計(jì)模塊的軟硬件，對傳感器的信號進(jìn)行高精度采集與處理，模塊對外采用標(biāo)準(zhǔn)接口；設(shè)計(jì)模塊的軟件，要求能通過PC機(jī)對采集模塊的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置并保存，能通過PC機(jī)實(shí)現(xiàn)傳感器的系統(tǒng)校準(zhǔn)；設(shè)計(jì)的多類型信號輸出的力傳感器信號變送器要求能標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)變送信號產(chǎn)生，能夠通過相關(guān)總線將信號通過有線方式遠(yuǎn)傳，并要求設(shè)計(jì)無線數(shù)據(jù)傳輸鏈路，使力傳感器信號變送器實(shí)現(xiàn)短距離無線數(shù)據(jù)通信。第四章 CAN工業(yè)總線技術(shù)簡介. 現(xiàn)場總線的原理和特點(diǎn)CAN 是一個(gè)多主的總線網(wǎng)絡(luò), 網(wǎng)絡(luò)上的各節(jié)點(diǎn)都有權(quán)向其它的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息, 通信介質(zhì)可以是光纖、同軸電纜或雙絞線, 其主要的特點(diǎn)為:通信速率/ 距離為5kbps/10km～1Mbps/ 40m, 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到110 個(gè), 每以個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以主動(dòng)的進(jìn)行傳輸, 通信介質(zhì)可以是光纖、同軸電纜或雙絞線。 采取點(diǎn)對點(diǎn)、全局廣播發(fā)送接受數(shù)據(jù)。 可以實(shí)現(xiàn)全分布式的多機(jī)系統(tǒng), 并且沒有主從機(jī)之分, 每點(diǎn)都可以主動(dòng)發(fā)送報(bào)文, 能夠方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。 使用了非破壞性總線優(yōu)先級仲裁技術(shù)時(shí), 在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)上發(fā)送信息的時(shí)候,優(yōu)先級低的那些節(jié)點(diǎn)將會(huì)主動(dòng)的停止發(fā)送數(shù)據(jù)。 支持4種報(bào)文幀即遠(yuǎn)程幀、數(shù)據(jù)幀、超載幀、出錯(cuò)幀, 選擇了短幀結(jié)構(gòu), 受干擾概率低、傳送時(shí)間短。 選擇了CRC 校驗(yàn)及其他校驗(yàn)措施, 可以達(dá)到極低的信息出錯(cuò)率。 具備了自動(dòng)關(guān)閉的功能,當(dāng)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí), 自動(dòng)切斷與總線的聯(lián)系, 以不影響系統(tǒng)的工作。. 現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從系統(tǒng)組成方面來看，現(xiàn)有的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由儀器儀表，總線傳輸設(shè)備與軟件系統(tǒng)共同組成，其中軟件系統(tǒng)按照系統(tǒng)功能，可劃分為測量軟件系統(tǒng)、控制軟件系統(tǒng)、設(shè)備管理軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)四個(gè)組成部分[11]。下面針對軟件系統(tǒng)的功能進(jìn)行概要介紹：(1)數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)與企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)不同，工業(yè)總線是一個(gè)相對獨(dú)立封閉的自動(dòng)化工控網(wǎng)絡(luò)，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制網(wǎng)與計(jì)算機(jī)之間的信息交互，就需要一套數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)自動(dòng)化控制網(wǎng)與計(jì)算機(jī)之間的雙向信息交互[12]?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通常與控制系統(tǒng)部署在一起，在工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與組態(tài)技術(shù)對系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與計(jì)算。(2)控制軟件系統(tǒng)：控制軟件系統(tǒng)是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的最重要的軟件系統(tǒng)之一，一套完整的控制軟件系統(tǒng)通常由組態(tài)軟件，仿真軟件和監(jiān)控軟件共同組成[13]。系統(tǒng)操作員通過人機(jī)軟件接口對系統(tǒng)進(jìn)行配置，通過組態(tài)軟件完成對設(shè)備進(jìn)行功能參數(shù)定義，設(shè)置各個(gè)功能模塊的連接，同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與控制邏輯。當(dāng)系統(tǒng)組態(tài)配置完成之后，系統(tǒng)使用人員即可通過監(jiān)控軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場總線的工作情況，系統(tǒng)還提供了查詢統(tǒng)計(jì)，報(bào)表輸出，報(bào)警提示等其他監(jiān)測軟件所必備的常用功能。(3)測量軟件系統(tǒng)：伴隨著智能測量儀表的出現(xiàn)，數(shù)字式儀表已經(jīng)具有數(shù)據(jù)采集與計(jì)算能力，通過總線網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到測量軟件系統(tǒng)。測量軟件系統(tǒng)具有多參數(shù)高性能的技術(shù)特點(diǎn)，并且能夠?qū)崟r(shí)顯示儀表的狀態(tài)信息，例如儀表電壓，電量，閥門通斷等[13]。系統(tǒng)操作員可通過測量軟件隨時(shí)觀測各設(shè)備的工作狀態(tài)與現(xiàn)場參數(shù)變化，極大的方便了生產(chǎn)流程的調(diào)度與控制。(4)設(shè)備管理軟件系統(tǒng)：設(shè)備管理軟件系統(tǒng)主要是針對設(shè)備的信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，其功能包括設(shè)備的廠商信息，出場日期，設(shè)備診斷信息，運(yùn)行狀態(tài)記錄，設(shè)備維護(hù)與更換信息等。該軟件的重要作用是通過可靠性智能預(yù)測分析對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，降低了設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，采用了可預(yù)測性的管理維護(hù)替代了被動(dòng)的管理模式。. 關(guān)鍵技術(shù)(1) 網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)并發(fā)處理本系統(tǒng)與現(xiàn)場總線或其他類型的現(xiàn)場總線系統(tǒng)之間是一對多的雙向通信關(guān)系，在多個(gè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)同時(shí)向本系統(tǒng)發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)面臨數(shù)據(jù)并發(fā)處理的問題。所以，本系統(tǒng)在保障系統(tǒng)性能的前提下，要充分考慮網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的并發(fā)處理問題，包括數(shù)據(jù)的接收，緩存，解析和上行處理通知等。(2) 多版本異構(gòu)數(shù)據(jù)的并行解析當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入本系統(tǒng)之后，本系統(tǒng)將開始對數(shù)據(jù)的處理，包括過慮，校驗(yàn)，解析，二次封裝，分發(fā)等一系列處理步驟，其中數(shù)據(jù)的解析是數(shù)據(jù)處理的重點(diǎn)。本系統(tǒng)不僅僅要面對的是多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的并發(fā)訪問問題，而且還要面臨多版本異構(gòu)數(shù)據(jù)解析的問題。由于現(xiàn)場總線領(lǐng)域缺少統(tǒng)一的協(xié)議規(guī)范，即使是同一廠家的產(chǎn)品，軟件版本的升級必然會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)格式異構(gòu)的問題。所以，本系統(tǒng)要有一套可靠的機(jī)制來保證多版本異構(gòu)數(shù)據(jù)的并行解析。(3) 針對多應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐本系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能是實(shí)現(xiàn)了對多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐，與網(wǎng)絡(luò)通信并發(fā)訪問的情況一樣，本系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)之間也是一對多的關(guān)系。本系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)訂閱的策略和上行數(shù)據(jù)類別的不同能夠?qū)崿F(xiàn)向多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分發(fā)。綜上所述，系統(tǒng)目標(biāo)的設(shè)定是源于對現(xiàn)有產(chǎn)品的實(shí)際使用需要，本系統(tǒng)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)向應(yīng)用數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，同時(shí)，為了便于系統(tǒng)未來的擴(kuò)展性和兼容性，我們提高了系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，并且增強(qiáng)了產(chǎn)品功能，以上核心系統(tǒng)目標(biāo)明確了產(chǎn)品方案和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目的性。第五章 硬件描述與實(shí)驗(yàn). 系統(tǒng)分析適合現(xiàn)場總線的通用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的主要功能是用于現(xiàn)場總線系統(tǒng)與其它應(yīng)用系統(tǒng)之間的雙向通信服務(wù)。從系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)的角度來看，這個(gè)系統(tǒng)是中間系統(tǒng)與現(xiàn)場總線和外部應(yīng)用程序，但也為總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理的前提。作為一個(gè)服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能，系統(tǒng)支持[15]數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵。該系統(tǒng)主要用于工業(yè)和制造業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的通信控制和網(wǎng)絡(luò)管理，通信性能，容錯(cuò)，解析規(guī)則，外部接口，數(shù)據(jù)格式，都有很高的要求。根據(jù)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理 應(yīng)用三層的解決方案，分析系統(tǒng)將從通信服務(wù)，系統(tǒng)功能和三項(xiàng)服務(wù)中的應(yīng)用?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)來實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的通信和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。的要點(diǎn)分析包括以下內(nèi)容：（1）的通信服務(wù)的需求首先，通信服務(wù)支持以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口。為以太網(wǎng)接口，系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)多設(shè)備并行存取，最多可以同時(shí)打開多個(gè)以太網(wǎng)端口，網(wǎng)絡(luò)通信[12]以服務(wù)的形式。系統(tǒng)的啟動(dòng)配置項(xiàng)，應(yīng)與在以太網(wǎng)端口通信系統(tǒng)一致，為網(wǎng)絡(luò)通信訪問，并且每個(gè)端口處理異步并發(fā)訪問，支持大于多個(gè)設(shè)備打開多個(gè)港口條件。再次，系統(tǒng)和設(shè)備之間的以太網(wǎng)通信方式應(yīng)通過通信長連接。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入的瓶頸是沒有數(shù)據(jù)的接收，處理和響應(yīng)，而在于建立數(shù)據(jù)連接，如果短連接方式，周期較長，而身份認(rèn)證需要頻繁，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，可獲得極低的；最后，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和長連接制備，同時(shí)該系統(tǒng)將提高控制信息的公交調(diào)度快速。（2）的功能要求首先，在消息隊(duì)列接收消息和數(shù)據(jù)緩存，緩存在文檔中，成功地分析數(shù)據(jù)刪除原始數(shù)據(jù)，只保存數(shù)據(jù)碎片和非法數(shù)據(jù)。其次，以恢復(fù)數(shù)據(jù)訪問連接，保證一個(gè)超時(shí)重發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，設(shè)備的時(shí)候。最后，為了保證設(shè)備和系統(tǒng)之間的有效連接