Design of Intelligent and Low Cost Transducer based on the 51 SoC
摘要:隨著自動化技術(shù)的發(fā)展和微電子技術(shù)的進(jìn)步,以及現(xiàn)場總線技術(shù)的日益成熟,數(shù)控技術(shù)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用越來越廣泛,對現(xiàn)場信號的采集、傳輸和數(shù)據(jù)處理提出更高的要求。本文分析了智能變送器的作用和工作原理,針對應(yīng)用中使用的不同的傳感器輸出不同幅值的弱直流電信號的要求,設(shè)計(jì)了智能變送器系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件采用 MCS—51 單片機(jī)匯編語言,模塊化程序設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)了儀表監(jiān)控主程序、放大器增益設(shè)定程序、ADC 轉(zhuǎn)換和處理子程序、DAC 轉(zhuǎn)換等子模塊,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的通信協(xié)議。
關(guān)鍵詞:智能變送器,通信,單片機(jī)

Abstract: With the development of Automation and the progress of the micro electronic technology, and the mature of Field Bus, digital control technology is widely used in production process, so collection, transition and treatment of signal should meet higher requirements. This thesis analyzes function and operation principle of intelligent transducer. The transducer is designed chiefly for different weak output signal of non-standard sensors. Software of the system designs main program, amplifier gain setting program, ADC transition program, DAC transition program and processing subprogram by adopting assemble language of MCS—51 single chip and modularization program design method, and also designs corresponding communication protocol.
Keywords: Intelligent Transducer, Communication, Single chip
1 引言
自動化儀表主要由檢測儀表和控制儀表兩大部分組成。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展,生產(chǎn)規(guī)模越來越大,相應(yīng)的自動化管理系統(tǒng)日趨復(fù)雜。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展和廣泛應(yīng)用,近 10 年來在控制系統(tǒng)方面有了很大進(jìn)展。變送器是工業(yè)過程重要的基礎(chǔ)自動化設(shè)備之一。主要完成物理信號的測量和變換處理。隨著高參數(shù)、大容量設(shè)備的增加和過程工藝的復(fù)雜化。對自動化的依賴性越來越大,變送器用量不斷增多,要求不斷提高。在實(shí)際工程應(yīng)用項(xiàng)目中,因項(xiàng)目資金有限,選用市售智能變送器會大大增加項(xiàng)目資金的投入,項(xiàng)目指標(biāo)要求也許僅僅為了觀測某點(diǎn)參數(shù)的情況,選用模擬變送器達(dá)不到系統(tǒng)要求,選用市售智能變送器會造成功能浪費(fèi)。因此,系統(tǒng)設(shè)計(jì)往往采用傳感器+主機(jī)構(gòu)成現(xiàn)場儀表形式,可降低系統(tǒng)成本,實(shí)現(xiàn)所需功能。
2 系統(tǒng)功能
由于同一種傳感器制作時(shí)材料、工藝的差別,使每只傳感器輸出信號幅值都不一樣,不同作用的傳感器同樣存在輸出信號不同一的問題。這給主機(jī)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修帶來了很大困難。所以,對選用輸出不同幅值的弱信號傳感器應(yīng)用系統(tǒng),設(shè)計(jì)一種通用的主機(jī),實(shí)現(xiàn)信號的變送和傳輸,可降低系統(tǒng)成本,便于調(diào)試、維修,是相當(dāng)必要和有實(shí)用意義的。
3 智能變送器硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 智能變送器工作原理框圖
變送器是工業(yè)過程重要的基礎(chǔ)自動化設(shè)備之一。主要完成物理信號的測量和變換處理。隨著高參數(shù)、大容量設(shè)備的增加和過程工藝的復(fù)雜．對自動化的依賴性越來越大,變送器用量不斷增多．要求不斷提高。智能變送器都是以 CPU為核心構(gòu)成的數(shù)字化儀表,工作原理如圖1所示:
 
圖1 智能變送器工作原理
3.2 智能變送器硬件電路設(shè)計(jì)框圖
本論文智能變送器的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)選擇、弱信號增益自調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)、A/D 轉(zhuǎn)換器選擇及接口電路設(shè)計(jì)、D/A 轉(zhuǎn)換器電路選擇及接口設(shè)計(jì)、看門狗電路、存儲器電路設(shè)計(jì)、RS—485 總線接口電路設(shè)計(jì)、4～20mA 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、鍵盤和顯示器接口電路設(shè)計(jì)等。硬件設(shè)計(jì)原理框圖如圖2所示。