基于HART协议的智能温度变送器设计

基于HART协议的智能温度变送器设计

论文摘要

现场总线技术的飞速发展给我国的仪表行业带来了机遇,同时也带来了挑战。随着电子技术和计算机技术的进步,新型的数字化智能仪表逐步取代了传统的模拟仪表,同时也对其性能、可靠性和精度等方面也都提出了更高的要求。然而一方面由于模拟仪表的大量使用,另一方面目前各种现场总线标准正处于完善和发展的阶段,因此从模拟仪表到全数字智能设备的更新还需要很长的一段时间。此时,一种既能兼容模拟信号,又能实现数字通信的智能仪表显得尤为重要,本文介绍的HART智能温度变送器就是在这样的背景下开发的。课题的主要任务是将微处理技术和HART通信技术引入温度变送器中,实现高精度、多功能、可编程的两线制HART智能温度变送器。利用微处理器强大的功能实现了温度变送器的参数设置、自诊断、线性补偿、自适应校正、数字通信等智能化功能;运用HART通信技术可以对温度变送器进行远程监控、管理、校正、维护和调试,从而使它运行更可靠、使用更灵活、维护更方便。同时系统采用4~20mA模拟信号、通信数字信号、电源三者同线传送而互不干扰,使安装和布线更为方便,节约了成本。本文在剖析现场总线和HART协议规范的基础上对HART智能温度变送器进行了设计,在设计的过程中,始终严格按照模块化、通用化、智能化和标准化的思想。具体工作可以分为硬件和软件两个方面,其中硬件包括:整体电路设计方案、芯片的选取、各模块功能的实现、模块间的接口设计等;软件包括:软件体系的设计、监控程序、测控程序、通信程序等。在完成智能变送器的设计后,本文给出了变送器工作电路的连接方案,并利用监控组态软件对HART智能温度变送器的功能进行了测试,经试验证明,产品的设计达到预期目的和要求,能满足实际使用的需求。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题的背景及研究意义
  • 1.2 HART 总线的优势
  • 1.3 国内外的应用现状及发展趋势
  • 1.4 课题研究内容和本文结构安排
  • 第2章 现场总线技术概述
  • 2.1 现场总线系统
  • 2.2 现场总线的发展历程
  • 2.3 现场总线的特点
  • 2.4 现场总线的优点
  • 2.5 几种主流现场总线介绍
  • 2.6 本章小结
  • 第3章 HART 协议剖析
  • 3.1 HART 协议结构模型
  • 3.2 物理层
  • 3.3 数据链路层
  • 3.4 应用层
  • 3.5 设备描述语言
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 智能温度变送器的硬件设计
  • 4.1 硬件电路整体设计方案
  • 4.1.1 智能温度变送器的设计要求
  • 4.1.2 硬件框图及工作原理
  • 4.1.3 功耗及电流分配
  • 4.2 电路组成模块及接口设计
  • 4.2.1 温度传感器
  • 4.2.2 微处理器
  • 4.2.3 电源模块
  • 4.2.4 AD7714 及接口设计
  • 4.2.5 AD421 及接口设计
  • 4.2.6 HART 通信模块
  • 4.2.7 滤波及整形电路
  • 4.3 本章小结
  • 第5章 智能温度变送器的软件设计
  • 5.1 软件体系
  • 5.2 监控程序
  • 5.3 测控程序
  • 5.3.1 数据采集和转换
  • 5.3.2 数据输出
  • 5.4 通信程序
  • 5.4.1 中断程序
  • 5.4.2 数据发送流程
  • 5.4.3 数据接收流程
  • 5.4.4 按HART 协议生成待发送的数据帧
  • 5.5 本章小结
  • 第6章 智能温度变送器的应用实例
  • 6.1 HART 总线系统构成方案
  • 6.2 温度变送器的试验电路
  • 6.3 功能验证
  • 6.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢
  • 相关论文文献

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