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基于HART协议智能压力变送器的研究

作　者: 贾仁敏
导　师: 刘公望
学　校: 大连海事大学
专　业: 电路与系统
关键词: 智能压力变送器 传感器 现场总线 滤波
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 246次
引　用: 6次
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内容摘要


随着自动化技术的发展和微电子技术的进步,以及现场总线技术的日益成熟,自动检测技术在生产过程中的应用越来越广泛,对现场信号的采集、传输和数据处理提出更高的要求,这就要求现场智能仪表要具有相当高的稳定性、可靠性和检测精度。而HART总线技术成功的将数字通信信号叠加到现有的现场控制系统上,对改进智能仪表间的通信和处理现场仪表系统的非线性化、温度漂移提供了无风险的解决方案。因此,研究和开发符合HART协议的智能仪表具有十分重要的意义。总线技术向全数字化发展已成为必然趋势,但由于传统的基于4-20mA模拟信号的模拟设备依然广泛的应用于工业控制,为满足从模拟到全数字的过渡,兼顾模拟和数字两种通信方式的HART协议应运而生了。该协议基于Bell202通信标准,在4-20mA的模拟信号上叠加不同的频率信号来传送数字信号。本文主要研究了智能仪表在符合HART通信协议下进行模拟信号与数字信号的实时传输,研究和设计了单片机系统和传感器系统,并将其结合为智能型压力变送器系统。论文在介绍了HART协议的基础上,较为详尽的介绍了压力变送器系统的各个硬件模块(微处理器模块、传感器模块、通信模块、A/D及D/A模块)及其设计;为了同时解决传感器输出特性的非线性和温度漂移,文中提出了以压力传感器输出值和温度传感器输出值为变量,利用二元多项式重构传感器输出压力信号,再利用最小二乘法进行曲面拟合获得补偿系数,使得系统在获得压力传感器和温度传感器的输出信号后能简便地计算出被测压力值,很好地做到了非线性补偿和温度漂移的校正,极大的提高了系统的测量精度;最后对系统的软件结构进行了分析和介绍。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-13
  1.1 课题来源  10
  1.2 智能仪器仪表的功能介绍  10-11
  1.3 智能变送器的发展里程及其现状  11
  1.4 现场总线技术介绍  11-12
  1.5 本文研究的主要工作  12
  1.6 本章小结  12-13
第2章 HART通信协议及其应用  13-21
  2.1 HART协议概述  13
  2.2 HART协议物理层规范  13-15
  2.3 HART协议数据链路层规范  15-18
    2.3.1 HART帧的格式  15-17
    2.3.2 HART帧的编码  17-18
    2.3.3 数据链路层服务  18
  2.4 HART协议应用层规范  18-19
  2.5 HART仪表的特点  19
  2.6 HART现场仪表的组成原理  19-20
  2.7 本章小结  20-21
第3章 智能压力变送器的硬件设计  21-40
  3.1 智能变送器的功能和特点  21
  3.2 系统整体设计方案  21-22
  3.3 单片机AT89S52的原理及其应用  22-23
  3.4 传感器模块及其接口设计  23-24
  3.5 A/D模块、D/A模块及其与单片机的接口设计  24-28
    3.5.1 AD7714的基本原理与单片机89S52的接口  24-26
    3.5.2 AD421的基本原理与单片机89S52的接口  26-28
  3.6 HART协议通信模块  28-35
    3.6.1 A5191HRT原理及其功能  29-34
    3.6.2 A5191HRT的硬件接口电路  34-35
  3.7 LCD数据显示模块及其接口电路  35-36
  3.8 RS-232总线接口电路设计  36-37
  3.9 电源模块及其接口电路  37-38
  3.10 智能仪表的低功耗设计  38-39
  3.11 本章小结  39-40
第4章 非线性校正和温度补偿的实现  40-49
  4.1 最小二乘法原理介绍  40-41
  4.2 补偿方法的实现  41-48
  4.3 本章小结  48-49
第5章 智能压力变送器的软件设计  49-64
  5.1 C语言和汇编语言的混合编程  49-50
  5.2 系统软件结构  50-63
    5.2.1 监控程序  51-52
    5.2.2 测控程序  52-56
    5.2.3 通信程序  56-61
    5.2.4 软件抗干扰设计和可靠性设计  61-63
  5.3 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-68
附录A 系统原理图  68-69
附录B 基于HART协议智能压力变送器的实物图  69-70
攻读学位期间公开发表论文  70-71
致谢  71-72
研究生履历  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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