智能温度变送器及其管理软件的研制

摘要

温度变送器是一种使用热电阻等传感器将温度信号转化为电信号的转换装置。传统的模拟式温度变送器存在着精度低、稳定性差等缺点。针对模拟式温度变送器的以上缺点，本课题研究基于HART协议的智能温度变送器及其管理软件。HART协议在工业领域应用广泛，是成熟的全球智能仪表的工业标准之一。HART协议的实现依赖于HART调制解调器，HART调制解调器可以实现工业仪表网络架构的组建。另外，HART调制解调器不但可以实现智能仪表之间的通信，还可以通过转换器或串行端口和PC机或者其他可视化控制器通信。
　　本课题研究的主要内容包括智能温度变送器的软硬件设计、HART-USB modem的软硬件设计以及PC端的上位机控制软件。智能温度变送器端使用单片机C8051F350作为MCU，使用AD5700-1和AD421设计HART接口，采用了基于标准电阻箱的在线校准技术、温度线性化算法以及低功耗设计。HART-USB modem采用了芯片C8051F326和AD5700-1，实现了小体积、低成本、高集成度，并完成了HART-USB的协议转换，成为智能温度变送器与PC机之间的桥梁。上位机软件的开发使用C++语言，并使用了USBXPRESS开发包和MFC库，实现的功能包括:设备的即时检测和显示、传感器类型的选择、温度范围的设定、温度变送器的校准、温度波形的显示等。最后，通过系统的联机调试，本课题设计的温度变送器基本能达到预期要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景

1．2 课题的意义和国内外研究现状

1．3 研究的基本内容

1．4 系统的整体功能指标

1．5 本文的基本结构

第2章 智能温度变送器的设计

2．1 智能温度变送器硬件的方案设计

2．1．1 单片机的选型

2．1．2 V／I变换芯片的选型

2．1．3 HART通信芯片的选型

2．2 智能温度变送器各模块的详细设计

2．2．1 三线制桥式测温电路

2．2．2 AD421及其外围电路

2．2．3 AD5700-1及其外围电路

2．3 热电阻式温度变送器的软件设计

2．4 智能温度变送器的低功耗设计

2．5 本章小结

第3章 HART-USB modem的设计

3．1 HART-USB modem硬件的方案设计

3．2 各个模块的详细设计

3．2．1 C8051F326的外围电路

3．2．2 HART-USB Modem

3．3 HART-USB modem的软件设计

3．3．1 USB主机和USB设备通信过程简述

3．3．2 主程序的实现

3．3．3 C8051F326的初始化

3．3．4 C8051F326的USB功能的具体实现

3．4 本章小结

第4章 PC机端的上位机软件设计

4．1 PC机端和HART-USB modem端之间数据通信的具体实现

4．1．1 PC机端发送数据，HART-USB modem端接收数据

4．1．2 HART—USB modem端发送数据，PC机端接收数据

4．2 各个功能的具体实现

4．2．1 设备的即时检测和显示

4．2．2 数据发送和接收的测试

4．2．3 传感器类型的选择

4．2．4 温度变送器的校准

4．2．5 温度波形的实现

4．3 温度变送器实测温度的验证

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 不足与改进

5．3 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果