基于HART协议的高精度流量变送器的研究与开发

摘要

随着现代化工业的发展，自动化系统不断的大型化和复杂化，加上应用领域的扩展，对变送器提出越来越高的要求。本论文结合某单位的技术创新项目，研究开发了一种基于ASME低β值长颈喷嘴的专用高精度给水流量测量装置，它应用于电厂汽轮机的性能测试。本文所研究的流量变送器是在差压式流量变送器原理的基础上开发的。通过采集差压、温度、压力三路信号来计算流体流量，实现了质量流量的测量。
　　 论文首先介绍流量变送器的设计要求并论述总体的设计方案；然后详细介绍了变送器的软硬件设计，包括芯片选型、模数转换电路设计、系统供电及数模转换电路设计、HART通信模块设计、流量模型计算程序以及部分功能程序的流程设计等。此外对设计时用到的一些软硬件抗干扰和可靠性进行了简单介绍；接着介绍了HART通信协议及上位通信软件的开发。最后本文对流量变送器的样机进行精度和通信测试。测试结果表明，变送器的精度指标和功能均达到要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文选题的背景和意义

1.2流量变送器的国内外状况

1.3本文主要工作

第二章流量变送器的总体设计

2.1流量变送器的工作原理

2.2流量变送器的设计要求

2.3流量变送器的总体框架

2.3.1流量变送器的组成模块

2.3.2流量变送器各模块的功能

2.3.3流量变送器的系统设计原则

2.4本章小结

第三章流量变送器的硬件设计

3.1变送器系统硬件设计

3.2主要器件的选取及电路的设计

3.2.1单片机的选取

3.2.2模数转换器及其附属电路设计

3.2.3系统供电及数模转换电路设计

3.2.4 HART通信模块的电路设计

3.2.5显示与掉电保护模块

3.3功耗与电流分配

3.3.1功耗问题的提出

3.3.2解决途径

3.4硬件抗干扰与可靠性设计

3.4.1光电隔离电路

3.4.2其它抗干扰和可靠性设计

3.5本章小结

第四章流量变送器的软件设计

4.1系统软件开发环境

4.2系统软件结构

4.3主要程序的设计

4.3.1变送计算程序

4.3.2初始化子程序

4.3.3 A/D和D/A转换子程序

4.3.4模型计算子程序

4.3.5通信程序

4.3.6掉电保护程序

4.4软件抗干扰与可靠性设计

4.4.1软件可靠性设计

4.4.2 CPU抗干扰技术

4.5本章小结

第五章基于HART协议的上位通信软件的开发

5.1HART通信协议概述

5.2 HART通信协议模型

5.2.1物理层

5.2.2数据链路层

5.2.3应用层

5.3 HART上位通信功能软件设计

5.3.1 HART上位通信软件工作流程

5.3.2 HART协议数据链路层的实现

5.3.3 HART协议应用层的实现

5.4关于通信控件MSComm的使用介绍

5.4.1 MSComm提供的处理通信的方法

5.4.2 MSComm控件的属性和事件

5.5本章小结

第六章流量变送器的测试与结果分析

6.1变送器精度测试与分析

6.1.1变送器精度测试

6.1.2测试结果分析

6.2 HART通信测试及结果

6.2.1 HART通信的测试步骤

6.2.2测试结果

6.3本章小结

第七章总结与展望

致谢

参考文献