HART智能变送器设计

论文编号:ZD1182   论文字数:29853,页数:72  附原理图

摘  要
 国家“十五”计划的全面启动，给仪器仪表行业带来新的增长点。据有关方面分析，仅西气东输第一期工程就需要各种类型的流量、压力、温度仪表、调节控制仪表、分析仪器、执行机构和主控系统，估计达100亿左右；  目前对仪器仪表行业产品综合水平评价：达到国际八十年代中期水平，微电子技术和计算机技术在仪器仪表产品中普遍采用，约15％的产品实现了智能化，达到国际九十年代水平；30％的产品实现了数字化，达到国际八十年代末期水平，整体技术水平不高，综合差距在15年左右。随着国际上“四化”(数字化、智能化、网络化、微型化)产品逐渐成为主流，差距还在拉大。主要表现：产品可靠性、稳定性差的问题依然突出；重大工程项目产品成套率下降(由“八五”的80％下降到50％左)，高档产品主要被国外产品占领，中档产品面临强烈冲击，加入WT0以后，形势将更加严峻。因此，研究出有自主知识产权的仪器仪表成为当务之急。HART协议的智能变送器作为模拟仪表向数字仪表的过渡产品，由于它在目前己成为事实上的工业标准，符合中国国情，加之它可为开发FF总线产品积累经验，因此仍具有开发价值。    两线制HART智能变送器的技术难点：  自身的电流不能超过3．5mA，这是典型的低功耗要求；数字信号在回路中的幅值要求，为1mA(峰—峰值)：变送器与手操器的通信。经过努力，研制出了HART智能变送器一台，达到了国内先进水平。

关键词: HART协议   智能变送器   现场总线   数字数据通信

Abstract
 With the full start of "National Tenth Five_year Plan",trade of the instruments and meters will have a new increase point. According to the statistics released by relevant aspects. Various types of flux, pressure,temperature meters ,adjusting control meters, analyse instruments ,execution parts and host control system worth 10 billion yuan will be applied to "first period" of The project of West Gas To East. The synthetic evaluation of level of instruments and meters fields of our country has achieved the level of middle of 80's.     Microelectronic and computer technology are widely used in the fields of instruments and meters, about 15% of them has been made intelligentized which has achieved the level of 90's.about 30% of them has been made digitalize which has achieved the level of 90's.     The products of digitalize, Intelligentize, net, micro- mat ion gradually turn into mainstream. Gaps are becoming wide. problems of reliability, stability are still stand out. Main project's roducts whole set ratio are decreasing (from 80% of Eighth Five_year Plan to 50% at present).High end parts are occupied by foreign products, other products are facing violent impact.     After the entry of the WTO, the situation will become even harder. So research and design of instruments and meters of independence information property rights will become urgent affairs.Smart transmitter with HART protocol as a transition product from analog meters to digital meters, for it has become the industry standards and it is fit to the situation of china. Also it can accumulates experiences for FF BUS products. So it still has exploitation value.     The nodus of two_wired HART transmitter: typical low powered demand, self_current not more than 3. 5mA;digital signal breadth 1mA (Ipp) in loop; communication between transmitter and operator. By hard work, manufacture one transmitter, reach advance level of our country.

Keywords: HART Protocol; Smart transmitter; Numerical data communication

目     录
第一章   绪  论 4
1.1   现场总线概述 5
1.1.1 现场总线的产生 5
1.1.2 现场总线的概念 5
1.2   现场总线控制系统的组成 6
1.3   现场总线控制系统体系结构 7
1.4   几种典型现场总线 9
1.4.1 基金会现场总线 9
1.4.2 CAN 9
1.4.3 HART 9
1.4.4 ProifiBus 10
1.4.5 Lonworks 10
1.5   现场总线的特点 11
1.5.1 现场总线是数字通信网络 11
1.5.2 现场总线是开放式互连网络 11
1.5.3 现场总线是结构和功能高度分散的系统 11
1.5.4 现场总线具有优越的远程监控功能 11
1.5.5 为企业信息系统的构建创造了条件 11
1.6 现场总线的发展前景 12
第二章   HART通信协议及设计方案的确定 13
2.1   HART概述 13
2.2   HART通信协议简介 13
2.2.1   物理层 13
2.2.2   数据链路层 14
2.2.3   应用层 15
2.3   HART协议物理层技术规范 16
2.3.1   网络要求 16
2.4   HART变送器设计方案论证 18
2.4.1   HART通信协议的特点与优点 18
2.4.2   方案论证 18
2.5   HART通信协议的应用及发展前景 19
第三章   HART变送器硬件电路设计 21
3.1   AD421  16位串行输入4～20mA电流环路输出数模转换器 21
3.1.1   AD421概述 21
3.1.2   引脚功能介绍 21
3.1.3   AD421工作原理 22
3.1.4   AD421应用电路 27
3.1.5   智能变送器 28
3.1.6   AD421在HART变送器中的应用 29
 3.2   HT2012  HART调制解调器 30
3.2.1   HT2012概述 30
3.2.2   HT2012引脚功能介绍 31
3.2.3   HT2012工作原理 32
3.2.4   HT2012的功能及应用 33
3.2.5   HT2012使用中的两个关键问题 34
 3.3   低功耗单片机PIC16C711 35
3.3.1   PIC单片机概述 35
3.3.2   PIC16O711引脚功能介绍 35
3.3.3   PIC16O711单片机特点 36
3.3.4   PIC16O711单片机结介绍 38
3.3.5   PIC16O711单片机功能介绍 39
 3.4   一些外围电路器件的介绍 43
3.4.1   液晶显示模块LCM103 43
3.4.2   四路三态输出缓冲器74HC126 44
 3.5   综合设计 45
第四章   软件设计 46
4.1   基本硬件接口程序设计 46
 4.1.1   AD421接口程序设计 46
4.1.2   HT2012接口程序设计 47
4.1.3   微处理器模数转换器（A/D）模块接口程序设计 49
4.1.4   液晶显示模块软件设计 49
4.2   模糊控制器 51
4.2.1   模糊控制器程序设计 54
4.3   HART智能变送器软件总体设计 55
第五章   结   论 56
参考文献  57
附    录  59
附录1   程序清单 59
附录2   电路原理图 71