M800多参数/多通道变送器的设计与实现

摘要

在当下的工业生产中,过程检测及在线分析已经成为了一项不可或缺的技术。变送器作为其重要组成部分的,起着至关重要的作用。其通道个数和编码形式直接决定了测量的效率。目前单通道变送器正在被广泛使用,一次只能测量单独变量,使得测量变得重复而冗长,并且如果测量参数众多,则会使得测量成本上升。所以,多通道变送器将会是未来的发展趋势。
　　本文介绍了一款多参数/多通道变送器-M800的设计与实现过程。通过USB接口通讯,来实现RS-485总线上多节点扩展的应用。详细阐述了M800系统将使用到的USB通讯技术,RS-485通讯技术,以及结合这两种技术来实现PC与主板及子板间的通讯,进而运用基于zlib的压缩与解压缩技术对通讯进行编码。由于M800设计的复杂度导致代码量的庞大,因此zlib将成为支撑Boot Loader功能实现的重要技术之一。
　　根据需求,通过对M800需求调研得到的信息,对系统架构进行了设计,总结出了系统使用者的职能。根据系统需求分析,建立了覆盖本系统所有功能的用例模型,并对其中的关键用例进行了描述。同时,将M800变送器系统通过物理模型方式进行架构设计,通过系统层次划分,分为主板及各子板功能模块。根据具体应用功能,子板又进一步划分为ISM板、Base板、O4Flow2板、I3O4板、Relay(PID)板、Analog板。
　　接着,本文以多通讯协议实现PC与主板及子板间通讯的子系统和基于zlib库的压缩/解压的子系统为例,通过软件流程图及解释的方式阐述了系统的详细设计方法。最后使用W测试模型对其进行测试,对pH/ORP、光学溶氧、电导率、溶解臭氧和流量等多方面测量用例的覆盖达到100％,并获得了86.49%的测试正确率。并且通过对系统进行EMC性能测试,验证了系统的抗干扰能力及稳定性,确保了系统能达到设计要求,从而证明了M800是一款准确高效的多参数/多通道的变送器。
　　M800能完全代替原来的单通道变送器,并且从成本上给用户带来直接的经济效应,功能上也能通过用户的实际需求,通过Boot Loader在线升级程序功能或仅需更换模块子板的方式来进行灵活配置,根本上解决了传统的老式的单一化的产品结构。

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1 引言

1.1研究背景

1.2研究现状及发展趋势

1.3研究目的和意义

1.4 研究的目标及其主要的内容

1.5 本文的组织结构及其章节编排

2 相关技术

2.1 利用多通讯协议实现PC机与主板及子板间通讯

2.2 基于zlib格式的压缩/解析技术

2.3 1-wire总线技术

2.4本章小结

3 系统的需求分析和架构设计

3.1 需求分析

3.2 架构设计

3.3 本章小结

4 系统的详细设计与实现

4.1 多通讯协议实现PC与主板及子板间通讯的子系统设计

4.2 基于zlib库的压缩/解压的详细设计与实现

4.3 本章小结

5 系统测试与运行

5.1 系统测试

5.2 系统部署和运行

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文工作回顾

6.2 存在的问题与改进

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文