HART总线在智能雷达液位仪中的实现

论文摘要

雷达液位仪是一种采用微波测量技术的非接触式高精度液位测量仪表,目前广泛应用于石油、化工等行业。现有的雷达液位仪通常只具备模拟信号或RS232/485串行通信接口,很难适应目前液位测量自动化系统的发展需要。HART协议是个混合通信协议。它能够使一个用于表述信息的数字信号与一个4—20 mA模拟控制信号在一条电缆上同时传递不相互影响。HART协议特点是在现有的模拟信号传输上实现数字通信,同时兼顾了模拟系统和数字系统的性能特点,具有较强的市场竞争能力。本课题旨在将二者的优势结合起来,设计一种基于HART总线的雷达液位仪通信模块,使得雷达液位仪具有HART的接口功能,组建基于HART的大罐液位测量的工业控制网络,提高液位测量系统的自动化管理水平。本文围绕市场调研提出的液位测量系统功能和性能要求,拟定了基于HART协议的通讯体系结构,完成了HART协议变送器的软硬件设计开发。硬件上,采用Smar公司推出的HT2021的调制解调器,采用的基于单片机实现的通讯协议层,较好地兼顾了系统的控制性能与制造成本,也提高了系统设计灵活性和工作可靠性。软件上,采用汇编、C语言混合编程,用汇编语言完成实时性控制任务,C语言编程构造整个软件的主体框架、实现非实时性任务,既提高了系统软件的编程效率和可维护性,又保证了系统良好的实时性。样机系统的软硬件联调表明,本系统的功能和性能达到了预期设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 工业控制自动化行业发展概况
• 1.1.1 行业历史回顾
• 1.1.2 远程监控技术的发展现状和趋势
• 1.2 HART仪表的现状及其发展
• 1.3 HART协议的技术特点
• 1.4 HART技术的应用
• 1.5 本论文研究意义及内容安排
• 1.5.1 本论文研究意义
• 1.5.2 本论文内容安排
• 第二章 微波液位测量基本原理与方法
• 2.1 微波液位测量的基本原理
• 2.2 液位仪对微波传播时间的测量方式
• 2.3 等效时间采样处理
• 2.4 本课题的技术以及功能要求
• 第三章 HART通信协议分析
• 3.1 物理层技术规范
• 3.1.1 公共特性
• 3.1.2 电特性
• 3.2 数据链路层协议规范
• 3.2.1 HART数据帧格式
• 3.2.2 HART协议提供的服务
• 3.2.3 HART协议规范模型
• 3.3 应用层命令规定
• 第四章 智能雷达液位仪中HART通信方案总体设计
• 4.1 HART模块功耗分析
• 4.2 HART模块供电方式
• 4.3 智能雷达液位仪中的HART通信方式框图
• 4.3.1 电源管理模块
• 4.3.2 HART总线通信模块
• 4.3.3 通信控制模块
• 第五章 智能雷达液位仪中的HART通信方式硬件实现
• 5.1 调制与解调电路
• 5.1.1 调制解调器HT2012简介
• 5.1.2 调制解调器HT2012与微处理器和介质的接口
• 5.2 电流环路
• 5.2.1 数模转换模块的选用
• 5.2.2 电流环电路
• 5.3 通讯控制电路
• 5.3.1 单片机通讯控制功耗分析
• 5.3.2 通讯控制电路原理图
• 第六章 控制模块软件设计
• 6.1 电流环输出控制
• 6.2 HART通信协议的软件程序设计
• 6.3 与探测器液位仪通讯
• 第七章 HART协议设备互操作一致性测试
• 7.1 HART协议设备描述语言
• 7.2 HART设备描述调用
• 第八章 总结
• 8.1 推广到普通智能变送器的改造
• 8.2 整形与滤波电路调试
• 8.3 电流环路负载阻抗匹配
• 第九章 结束语
• 9.1 本HART模块在开放式体系结构中的应用
• 9.2 HART技术的应用与前景
• 9.3 应用HART协议技术应注意的问题
• 致谢
• 参考文献