基于HART协议的物位计设计与实现

发布时间：2020-10-22 23:17

　　现代工业自动化生产过程中经常需要对物位进行测量,准确的物位测量是连续生产和安全生产的保证。随着工业现代化进程的推进,现场设备与控制室自动化设备间的信息交互量也急剧增加,传统的4～20mA模拟回路只能单向传输一个参数,已经难以满足现代化生产的需求。HART协议作为向后兼容的智能仪表解决方案,具备现场总线优越性的同时保留了对原有4～20mA模拟回路的兼容性。本文针对高温、粘稠等恶劣工业应用环境,在对HART通信协议和物位测量方法探索和研究基础上,通过算法改进和借助曲线拟合的相关知识减小测量误差,完成了软硬件设计,研制出了一套高精度的物位计。论文的工作内容体现在以下几个方面:(1)对HART通信协议的特点和物位测量方法进行了比较深入的探讨和研究,分析了HART协议的体系结构和自身特点。阐述了射线法测量物位的原理,对国内外物位测量技术的研究和发展做了综述性的分析。(2)对几种常见的曲线拟合方式作了对比和分析,选取了最佳的拟合方式,使得标定曲线尽可能地接近真实曲线。在数据采集的过程中采用了一种平均值加权算法,每次采集十组数据,这些数据中与平均值相差越大的权值越小,以此防止出现误差较大的数据,确保采集到的数据的准确性,以提高物位测量的精度。(3)设计完成了一套物位测量系统。系统分为两个部分,即物位信号采集部分和手操器。物位信号采集部分采用ARM7作为处理器,软件编程是在MDK-ARM软件编程工具用C语言进行的模块化编程。HART通信部分由A5191型调制解调芯片和AD5421型D/A转换器组成,为信号采集部分设计了485通信接口。手操器采用三星S3C2416作为核心MCU,操作系统采用WinCE,在VS2008环境下开发的基于智能设备的MFC作为软件界面,手操器同样具备HART和485两种通信接口。STM32将捕获的脉冲频率转换成相应的物位值后经SPI口送到AD5421,转换成对应的4～20mA电流传送到HART总线。手操器作为便携式设备在工业现场可以实现参数查询、参数设置和标定等功能。系统测试结果表明,测量精度可达2%F.S.,实现了在高温、粘稠等恶劣工业环境中对物位的准确测量。系统具备参数设置、查询和标定等功能,智能化程度较高,本文的研究成果已应用于实际工业自动化过程中的物位测量。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH816
【部分图文】：

校验字,定界符,地址,命令响应

主－从帧?ＦＦ?ＦＦ定界符地址命令数据校验字节??从－主帧?ＦＦ?ＦＦ定界符地址命令响应码数据校验字节??图２．４?ＨＡＲＴ帧格式??操作数必须符合指定的范围，这是ＨＡＲＴ仪表执行命令的前提条件。８个数据位、１??个起始位、１个停止位和１个奇偶校验位总共１１位组成一个独立的字符。桢中包括起始界??定符在内的所有部分，奇偶校验紧跟每个字节，横向奇偶校验出现在帧末。整数字节长??度的帧在连续的数据流中传输。数据的长度不尽相同，有的数据位长，有的没有数据，??还有些数据的长短不定，最长的数据可达２５个字节之多。??（１）

字节,数据链路层,地址