双总线超声波液位计的研制

摘要

本文主要研究ModBus、WorldFIP双总线超声波液位计,并针对如何提高精度、减小死区以及双通信接口共存等问题进行了分析和实验研究。论文主要研究工作如下:(1)深入分析了超声检测的声物理特性和ModBus和WorldFIP两种总线技术的技术特点以及在系统中应用时存在的一些问题。(2)采用自动控制增益电路和温度补偿等方法,有效的减小了测量的盲区,提高了测量精度,并基于增益自适应方案设计了小盲区高精度超声波液位计。(3)完成了WorldFIP总线通信模块以及RS-485接口模块的设计,并通过软件分别实现了WOrldFIP和ModBus两种总线通信协议。(4)设计并完成了相关的实验。

目录

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 绪论

1.1 现场总线控制系统及液位计的发展现状

1.1.1 现场总线控制系统(FCS)发展现状

1.1.2 液位计现状及发展趋势

1.2 本课题研究内容

第二章 现场总线技术

2.1 WorldFIP 现场总线技术

2.1.1 WorldFIP 总线的特点与优势

2.1.2 WorldFIP 协议模型

2.1.3 WorldFIP 总线有关器件介绍

2.1.4 WorldFIP 控制器 MicroFIP 芯片

2.1.5 MicroFIP 的中断机制

2.2 ModBus 总线技术

2.2.1 ModBus 协议概述

2.2.2 ModBus 通信协议传输模式

2.2.3 ModBus 功能码

2.2.4 CRC 检错码的原理

2.2.5 通信接口简介

第三章 超声波液位测量模块设计分析

3.1 超声检测声物理特性

3.2 超声波传感器的选择

3.3 超声波液位计的测量原理

3.4 液位测量系统的总体设计

3.5 系统主要参数分析

3.5.1 传感器的指向角θ

3.5.2 超声波声速的温度补偿

3.5.3 发射脉冲宽度

3.5.4 电平阈值

3.5.5 t 的计数误差

3.5.5 测量盲区和远限

3.6 系统设计难点以及解决办法

3.6.1 提高测量精度

3.6.2 干扰问题及其解决办法

第四章 系统硬件电路的设计

4.1 核心处理器的选择

4.1.1 MC9S12处理器简介

4.1.2 MC9S12的工作模式

4.1.3 脉冲宽度调制模块(PWM)

4.2 超声波发射驱动电路设计

4.3 超声波回波接收电路设计

4.3.1 数字电位器 X9313

4.3.2 放大器的应用

4.3.3 比较器的应用

4.3.4 超声波回波接收电路

4.4 温度补偿

4.4.1 数字式温度传感器 DS18B20

4.4.2 温度补偿计算原理

4.5 WorldFIP 通信卡

4.6 ModBus 网络通信接口 RS-485

4.6.1 功能描述及结构框图

4.6.2 智能控制收发使能

第五章 系统的软件设计

5.1 液位测量程序设计

5.2 总线通信的软件实现

5.2.1 WorldFIP 总线通信的软件实现

5.2.2 ModBus 通信协议的软件实现

第六章 工作总结与展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和参加科研情况