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HART多路复用器研究及其相关软件设计

作　者: 焦怀强
导　师: 范铠
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 现场总线多路复用器有限状态机模拟信号
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 5次
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内容摘要

信息技术飞速发展,带动了工业控制领域的深刻变革,以智能仪表和现场总线技术为基础,逐渐形成了全分布网络集成化的现场总线系统。新一代的控制系统能给最终用户带来更多的便利和实惠,今后将会逐步替代传统的DCS系统成为控制系统的主流。随着科学技术的不断进步,现场总线技术得到了飞速发展,已经成为过程控制领域的一大热点。HART协议作为一种过渡性协议,以其独有的优势和特点,得到了越来越广泛的应用。HART多路复用器用于对带HART功能的现场设备进行在线组态和诊断,通过PC机或管理系统持续地记录过程参数和状态,提高工业过程控制的效率。因此,HART多路复用器的研发具有现实意义。本文研究的HART多路复用器采用HART协议作为主要的通信协议,为了系统整体的层次感和提高抗干扰性,硬件部分我们采用分板设计的方案,分为模拟板卡和数字板卡两大部分。考虑到系统的复杂程度及实时性,软件方面我们采用有限状态机的方法,将软件部分分为测量、校准、组态、RS485、HART五个状态进行设计,并采用了实时性很好的μCO/S-Ⅱ操作系统,将各个子状态机在μCO/S-Ⅱ上作为任务进行设计。多路复用器与主机的接口部分采用了抗干扰性强的RS485方案。本次设计的HART多路复用器增加了对模拟信号的处理功能,即能同时处理HART信号中的数字信号和(4-20)mA模拟信号,进一步提高了它的兼容性以及实时性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-14
  1.1 开发背景  9-10
  1.2 开发目的及意义  10-11
  1.3 文献分析与设计目标  11-13
  1.4 本文内容安排  13-14
第2章相关技术介绍与研究  14-23
  2.1 HART通信协议  14-17
    2.1.1 HART协议特点  14-15
    2.1.2 物理层  15
    2.1.3 数据链路层  15-16
    2.1.4 应用层  16
    2.1.5 HART帧格式  16-17
  2.2 模拟与HART数字信号分离  17-18
  2.3 HART智能仪表的组成原理  18-19
  2.4 A/D技术  19-20
  2.5 数字滤波技术  20-21
  2.6 μC/OS-Ⅱ简介  21
  2.7 HART OPC Server简介  21-22
    2.7.1 OPC技术简介  21
    2.7.2 OPC技术优点  21-22
  2.8 本章小结  22-23
第3章系统硬件设计  23-30
  3.1 硬件概述  23
  3.2 硬件总体方案  23
  3.3 模拟板卡设计  23-27
    3.3.1 通道选择模块  24-25
    3.3.2 信号调理模块  25-26
    3.3.3 A/D模块  26-27
    3.3.4 RS485模块  27
  3.4 数字板卡设计  27-29
    3.4.1 MCU模块  27-28
    3.4.2 JTAG模块  28-29
    3.4.3 RAM模块  29
  3.5 本章小结  29-30
第4章系统软件设计  30-57
  4.1 软件需求分析  30
  4.2 软件设计思想  30-32
  4.3 测量  32-35
  4.4 校准  35-38
  4.5 通信  38-51
    4.5.1 通信接口的设计  38-40
    4.5.2 RS485通信设计  40-45
    4.5.3 应用层通信设计  45-50
    4.5.4 上位机通信设计  50-51
  4.6 组态  51-52
  4.7 μC/OS-Ⅱ任务设计  52-54
  4.8 μC/OS-Ⅱ系统移植  54-56
    4.8.1 移植条件  54
    4.8.2 移植过程  54-56
  4.9 本章小结  56-57
第5章系统调试  57-61
  5.1 调试方法  57
  5.2 调试内容  57
  5.3 调试结果  57-60
  5.4 本章小结  60-61
第6章总结  61-62
参考文献  62-65
致谢  65

HART多路复用器研究及其相关软件设计

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