学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

HART协议扩展接口的设计及其在雷达液位计上的应用

作　者: 叶瑞源
导　师: 孔庆生；范铠
学　校: 复旦大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 低功耗 HART协议设备状态机
分类号: TN957.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 101次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

HART协议作为一种工业现场总线标准协议,已经得到了广泛的应用,成为了事实上的现场级总线标准。目前全球HART型智能仪表的市场占有量已经接近50%,但仍有约40%的仪表采用模拟量或非标准数字协议进行输出。为使这些模拟量或非标准数字协议输出的仪表升级为HART型智能仪表,一般需要定制与之相配套的电子部件或HART协议扩展模块。本课题是受日本东京计装公司委托,为其一款雷达液位计产品定制一个HART协议扩展接口,使其产品升级为符合HART协议的仪表,增强其产品综合竞争力。HART协议扩展接口将利用UART接口与雷达液位计主板连接,并通过MODBUS通信获取雷达液位计上的数据,包括过程变量、设备状态等信息,并将这些信息保存在微处理器的内部存储器中。当有HART主设备通过HART协议向接口发出请求命令时,就可以获取到这些有用信息了。整个系统的硬件设计主要是以微处理器为核心,配套HART调制解调模块以及数模转换转换、电流输出和电源模块。另外,由于HART协议扩展接口是从4-20mA电流环路上取电,因此需要在低电流情况下也能工作。通过对整个系统的功耗评估,确定了所有元器件的选型,并论证了方案的可行性。在单片机软件设计中,进入了模块化设计,将整个程序分为MODBUS通信、系统主任务、EEPROM编程管理和HART通信四个模块,并通过引入嵌入式操作系统来管理各个任务,同时使用内核的事件机制实现各个任务之间的数据交互和同步操作。其中,HART通信功能的实现是本次设计的重点和难点,为了确保接口及代码的清晰,且保持与HART协议的一致性,按照HART协议的层次化定义,采用多个文件的结构,分别实现物理层控制’、数据链路层以及应用层。并在HART数据链路层的设计过程中,对设备状态机模型进行了重新的描述,使得状态的转移更清晰。为了方便用户对装有HART协议扩展接口的设备进行组态和参数读取,还设计了配套上位机程序,该软件将连同研发成果一起提供给用户,供其完成相应的配置和参数读取工作。最后通过模拟测试和实物联机测试两种方法对接口进行测试,验证了HART协议扩展接口通信的可靠性和功能的完整性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
第一章绪论  7-18
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 课题研究目的和意义  8-9
  1.3 课题目标与技术指标  9-11
  1.4 HART协议简介  11-14
    1.4.1 HART通信协议简介  11
    1.4.2 HART物理层  11-12
    1.4.3 HART数据链路层  12-13
    1.4.4 HART应用层  13
    1.4.5 HART协议通信模式  13-14
  1.5 雷达液位计简介  14-16
    1.5.1 雷达液位计的分类  14-15
    1.5.2 本台雷达液位计介绍  15-16
  1.6 本文内容安排  16-17
  1.7 本章小结  17-18
第二章硬件设计  18-31
  2.1 硬件总体设计  18-20
  2.2 微处理器模块  20-23
    2.2.1 MCU选型  20-22
    2.2.2 MCU外围电路  22-23
  2.3 隔离模块  23-25
  2.4 电源及D/A输出模块  25-26
  2.5 HART调制解调模块  26-27
  2.6 针对方案一的功耗评估  27-30
  2.7 本章小结  30-31
第三章单片机软件设计  31-67
  3.1 单片机软件总体概述  31-36
    3.1.1 软件需求分析  31-35
    3.1.2 软件模块化设计  35-36
  3.2 系统内核与定时服务  36-39
    3.2.1 系统内核  36-38
    3.2.2 系统定时服务  38-39
  3.3 MODBUS通信模块  39-43
    3.3.1 MODBUS通信模块总体设计  39-40
    3.3.2 MODBUS报文的接收与发送  40-41
    3.3.3 MODBUS通信状态机的描述  41-43
  3.4 系统主任务  43-46
  3.5 HART通信模块  46-63
    3.5.1 HART通信模块总体设计  46-47
    3.5.2 HART物理层设计  47-51
    3.5.3 HART数据链路层设计  51-56
    3.5.4 HART应用层设计  56-58
    3.5.5 HART命令在雷达液位计上的应用及实现  58-63
  3.6 EEPROM管理模块  63-66
  3.7 本章小结  66-67
第四章上位机软件设计及应用  67-74
  4.1 上位机软件设计  67-68
  4.2 上位机软件的功能介绍  68-71
  4.3 应用实例  71-73
  4.4 本章小结  73-74
第五章系统测试  74-81
  5.1 模拟系统测试  74-78
  5.2 实物联机测试  78-80
  5.3 本章小结  80-81
第六章结论与展望  81-83
  6.1 主要结论  81
  6.2 研究展望  81-83
参考文献  83-85
致谢  85-86

HART协议扩展接口的设计及其在雷达液位计上的应用

内容摘要

全文目录

相似论文