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基于HART协议的智能变送器设计

周鑫

  随着电子技术的不断发展,自动化系统产生了深刻的变革。从微观层面看,自动化系统中的仪器仪表向智能化方向发展;从宏观层面看,自动化系统经历着由分布式控制系统向现场总线控制系统的变化。智能仪表不仅提高了仪表本身的性能,还能与现场总线技术结合改变整个控制系统,因此基于现场总线的智能仪表研究有着重要意义。 由于传统的基于4到20mA模拟信号的设备仍然广泛应用,能够兼容模拟和数字通信方式的总线技术有着巨大需求,HART协议就是在此背景下产生的。HART总线技术将数字信号叠加到现有模拟线路上,使得模拟仪表的数字化改造有了可能。我国的自动化系统需要升级模拟仪表的低成本解决方案,因此设计基于HART协议的智能变送器具有迫切的现实意义。 本文根据HART协议规范,设计以C8051F410微处理器为核心的智能变送器,利用4到20mA模拟信号传送主变量,FSK信号进行数字通信。C8051F410处理器的低功耗特点在硬件层面上解决了变送器低功耗的问题。数字通信实现了对变送器发送命令进行控制的功能,在此基础上实现了与主设备同步、增益校正、增益计算、测量标定等功能。测量标定功能可以将若干个标定点存入Flash中保存,根据其计算电流输出值可以实现分段化的非线性校正。本文对智能变送器的电源单元、信号单元、通信单元和处理单元的硬件设计做了介绍,着重分析了HART调制解调器与4到20mA电流环的耦合方式;对系统软件的组成也做了介绍,特别是HART命令层功能的实现程序和输出电流的分段化非线性校正程序。此外还一并介绍了调试过程中需要使用到的HART/RS232转换器的硬件和软件设计。……   
[关键词]:HART协议;C8051F410;低功耗;分段非线性校正
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉理工大学2011年
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