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1、.吉林化工学院毕业设计说明书基于现场总线的温度采集器的设计Design of Temperature Collecting ModuleBased on Field-Bus学生学号： 05510128 学生姓名：相阳专业班级： 自动0501 指导教师：翟玉文职 称：教授 起止日期： 2009.2.232009.6.12吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology.摘要温度是现代工业生产过程中的一个重要参数, 在生产过程中常需对温度进行检测和监控，特别是在电力、化工等大型自动化企业的生产过程中往往需要监视和测量几十个温度参数。在某些特殊的生产场合 (比
2、如印染和炼油，温度参数测量和控制的精度直接影响后续产品的质量。本文介绍一种基于RS485现场总线的温度采集模块的设计方法。热电阻随温度的变化而产生不同的电阻信号，电阻信号经过恒定电流变成模拟电压信号，单片机内部多路模拟开关电路对模拟信号进行采集，A/D转换模块对采集到的信号进行模数转换，把转换得到的数字信号按照顺序分别送入单片机，单片机通过RS485现场总线实现与PC机的挂接。由于电阻值与温度值之间是非线性关系，为了提高测量精度克服非线性误差，减少分度表的存储量，采用二次插值算法计算温度数值，使测温分辨率达到了0.05，测温精度优于0.1。单片机通过现场总线能够把温度值以MODBUS协议的形式
3、发送给PC机，实现了工控计算机的现场总线集中管理。关键词：温度采集；PT100热敏电阻；RS485总线AbstractTemperature is the process of modern industrial production as an important parameter, in the production process often required to detect and monitor the temperature, especially in the electricity, chemical industry and other large enterprise
4、s, automation of production processes often require dozens of monitoring and measuring the temperature parameters. Production in some special occasions (such as printing and dyeing and refining, temperature measurement and control parameters directly affect the accuracy of follow-up to the quality o
5、f the product.In this paper, based on the temperature RS485 fieldbus module design method of collection. Thermal resistance with temperature changes in the resistance of different signals, resistance constant current signal into the analog voltage signal, single-chip multi-channel analog switches in
6、ternal circuitry of the analog signal acquisition, A / D converter module of the signal collected analog-to-digital conversion, to convert digital signals received, respectively, in accordance with the sequence into single-chip, single-chip RS485 fieldbus through with PC-articulated.As the resistanc
7、e value and temperature is non-linear relationship between, in order to improve the measurement accuracy to overcome the non-linear error, reducing the index storage table, the use of quadratic interpolation algorithm for calculating the temperature value, so that the temperature resolution of 0.05
8、, temperature measurement accuracy of better than 0.1 . Single-chip microcomputer through fieldbus temperature in order to be able to MODBUS agreement sent to the PC, the realization of the Industrial Fieldbus computer for centralized management.Key words: Temperature acquisition。 PT100 Thermistor。
9、RS485 bus目 录摘要IAbstractII第1章绪论11.1设计的背景及意义11.2温度采集技术现状2第2章设计方案选择与论证42.1设计要求及技术指标42.2 系统总体方案设计42.3温度传感器的选择52.3.1 热电阻温度传感器52.3.2集成电路(IC 温度传感器52.3 通信接口的选择62.3.1 RS-232双机通讯接口62.3.2 RS-422串行通讯接口62.3.3 RS-485串行通讯接口62.4单片机的选择7第3章硬件设计83.1单片机接口电路83.2温度信号采集电路83.2.3恒流源电路仿真103.3 RS485接口通信电路113.4 6N137光电隔离电路113.
10、5开关电源电路123.5.1 PWM芯片TOP220工作原理123.5.2开关电源电路及工作原理13第4章软件设计164.1 温度值计算164.2 MODBUS现场总线协议164.3主程序流程框图184.4系统初始化子模块程序设计184.5串口通信子模块程序设计18第5章使用工具介绍205.1电子设计工具Protel205.2仿真工具Multisim924第6章结论27参考文献28附录A PT100铂电阻的温度和阻值对应关系表29附录B总体电路原理图31致谢32第1章 绪论1.1设计的背景及意义温度是现代工业生产过程中的一个主要参数，在生产过程中常需对温度进行检测和监控，特别是在电力、化工等大
11、型自动化企业的生产过程中往往需要监视和测量几十个温度参数。在某些特殊的生产场合 (比如印染和炼油 ，温度参数测量和控制的精度直接影响后续产品的质量。自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展，从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机在国内的三大领域中应用得十分广泛：第一是家用电器业，例如全自动洗衣机、智能玩具；第二是通讯业，包括电话、手机和BP机等等；第三是仪器仪表
12、和计算机外设制造，例如软盘、硬盘、收银机、电表。除了上述传统领域外，汽车、电子工业在国外也是单片机应用十分广泛的一个领域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多能灵活的组装成各种智能控制装置，由它构成的智能仪表解决了长期以来测量仪器中的误差的修正、线性处理等问题。现场总线是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通讯网络，遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型的全部或部分通讯协议。FCS则是用开放的现场总线控制通讯网络将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时网络控制系统。现场总线系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置
13、于现场设备，加上现场设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。DCS随着计算机、控制、网络通信、组态软件、信息集成和数据库技术的发展而不断更新和发展，主要体现在以下几个方面：1）信息化：DCS已从单一的控制系统，发展为集控制和管理于一体的综合信息系统。DCS提供了从生产现场到车间，再从工厂到公司，最后到企业集团的整个信息通道，充分体现了信息的全面性、准确性和实时性。2）集成化：DCS已从单一封闭系统，发展为集成各类PLC、工业PC、数字化仪表和设备，甚至不同型号DCS可以互相集
14、成和信息共享，为最终用户提供集成化综合系统。3）智能化：随着人工智能、专家系统、自适应、预测和推理等先进控制技术的发展和应用，DCS也适时地融合这些新技术，实现先进的智能化控制功能。4）开放式网络：DCS已从单一封闭网络，发展为开放式网络系统，通过互联网技术和IE浏览器，可以访问过程画面、查询数据、管理调度和指挥生产。开放式网络的关键是网络安全，传统DCS采用软件防火墙，现代DCS不仅有软件防火墙，而且有硬件防火墙，既保证网络安全开放，又保证监控层的实时性。例如，Honeywell公司的Experion PKS R300的控制站采用硬件防火墙技术。：传统DCS用两条独立网络(A，B实现冗余，两
15、台设备之间只有一条通信路径，其本质是单条网络运行，故障时整条网络切换(A到B或B到A，切换时间长，可靠性低。现代DCS用容错以太网(FTE，Fault Tolerant Ethernet。6）无线网络技术：支持手持移动无线操作站，将无线技术与控制技术融为一体，进行现场操作监控、故障处理和仪表校验，实现操作与维护的无缝集成。例如，Honeywell公司的Experion PKS R300采用此无线网络技术。7）数字视频技术：通过摄像头采集现场图像信息，再通过图像识别软件，进行图像处理，发现异常图像，立即发出报警信号，具有自动录像和录像回放功能，便于事故分析，并将数字视频技术与操作监控软件融为一体。例如，Honeywell公司的Experion PKS R300采用此数字视频技术。，硬件控制防火墙(冗余，冗余控制器、冗余I/O、冗余电源、冗余现场总线接口；采用先进的预估控制算法，鲁棒性好，具有参数自整定功能。Hon
