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1、xx大学学士学位论文 基于单片机的智能传感器设计摘要随着自动化技术的发展和微电子技术的进步，以及现场总线技术的日益成熟，数控技术在生产过程中的应用越来越广泛，对现场信号的采集、传输和数据处理提出更高的要求。本论文阐述了现场信号通信的发展概况和智能变送器的现状，分析了智能变送器的作用和工作原理，针对应用中使用的不同的传感器输出不同幅值的弱直流电信号的要求，设计了智能变送器系统。它实现了弱直流电信号放大，并能根据信号的幅值大小来自动改变放大系数，提高测量灵敏度，对采样数据处理后，既能输出420mA DC标准电流信号，又能通过RS485总线与其他上位机或同位机进行数字通信。系统根据传感器输出的信号范
2、围通过编程设定由集成测量放大器AD623和非易失性数控电位器X9241组成的放大环节的增益，将弱信号放大到05V DC，通过多通道12位串行A/D转换器TLC2543进行A/D转换，将采集到的数据送给单片机80C52，由单片机进行滤波、标度变换等数据处理后，通过8位并行D/A转换器DAC0832将数据转换成420mA DC信号输出，或通过隔离后的RS485总线将数据传送给上位机。系统设计有独立的看门狗电路和EEPROM存储器电路，提高了系统可靠性。系统软件采用MCS51单片机汇编语言，模块化程序设计方法，设计了仪表监控主程序、放大器增益设定程序、ADC转换和处理子程序、DAC转换等子模块，并设
3、计了相应的通信协议。关键词智能变送器；通信；单片机；现场总线；测量信号Intelligent sensor based on single-chip designAbstractWith the development of Automation and the progress of the micro electronics technology, and the mature of Field Bus, digital control technology is widely used in production process, so collection, transition an
4、d treatment of signal should meet higher requirements. This thesis is about general development of field signal communication and status of intelligent transducer, analyzes function and operation principle of intelligent transducer. The transducer is designed chiefly for different weak output signal
5、 of non-standard sensors. It can amplify the weak signal, alter the amplification factor according to the size of the weak signal and improve system sensitivity. After sample data processed, it not only can output 420mA standard direct current, but also can communicate with other computers and singl
6、e chip by mean of RS485 bus. According to the output signal range of the sensor, the system sets the gain of amplification link which is composed of AD623 and X9241 by way of program, amplifies the weak signal to DC 05V, then makes A/D transition through， multipassages and 12bit TLC2543, brings the
7、sampled data to single chip 89C52, filtering the data, and transferring surveyor etc ,then transits the data to 420mA DC signal by DAC0832,or sends the data to other computers through isolated RS485 bus. The design of the system has its own separate watchdog and EEPROM memory circuit; Therefore it c
8、an improve system reliability. Software of the system designs main program, amplifier gain setting program, ADC transition program, DAC transition program and processing subprogram by adopting assemble language of MCS51 single chip and modularization program design method, and also designs correspon
9、ding communication protocol. Keywords Intelligent；Transducer；Communication；Single-chip；Field-bus; Measuring signal不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 智能变送器的现状21.3 现场信号通信的发展概况41.4 本论文的主要工作6第2章 硬件电路设计82.1 单片机选择92.2 输入信号增益自调节电路设计92.3 模数转换器选择及接口电路设计112.3.1 TLC2543C简介112.3.2 TLC254
10、3C的主要性能122.3.3 TLC2543C的转换过程132.4 数模转换器接口电路设计152.5 V/I变换电路设计152.6 复位及运行监视电路设计162.7 RS485总线接口电路设计182.8 显示器接口电路设计192.9 键盘接口电路设计192.10 电源202.11 本章小结20第3章 应用软件设计213.1 监控程序模块213.2 输入信号增益自调节模块223.3 数据采集和处理模块223.4 通信模块设计233.4.1 串行通信接口的基本任务243.4.2 RS485简介和串行通信协议的实现243.5 通信模块设计293.6 键盘模块的设计293.7 软件抗干扰的设计303.
11、8 本章小结31结论32致谢33参考文献34附录A35附录B40附录C44附录D45千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- III -第1章 绪论1.1 课题背景自动化仪表主要由检测仪表和控制仪表两大部分组成。随着生产的不断发展，生产规模越来越大，相应的自动化管理系统日趋复杂。由于计算机技术的高度发展和广泛应用，近10年来在控制系统方面有了很大进展。控制系统的各功能环节在信息的传送、管理和操作上紧密配合，形成了高度复杂的分散型过程控制系统。随着计算机技术的发展，微机价格的大幅度下降，
12、PC机和各种单片机在工业和各行业应用日益广泛。在控制网络中，各种测量仪表往往用单片机作数据处理单元，而在主控室，有微机对整个生产过程的数据进行统一的显示、存储和汇总。随着工业控制系统的发展，测量系统也逐渐发展，使得智能仪表的发展也越来越迅速。这样就使常规的模拟仪表日薄西山。DCS、工业控制计算机(IPC)、PLC、可编程单回路调节器等基本上主宰了这一领域。过程控制系统有以下几种发展趋势：1.控制中心向现场转移传统过程控制系统中的回路级或装置级的控制功能将下放到现场，使系统成为真正的、彻底分散的系统。2.开放系统的实现开放系统要求互连性和互操作性，即不同厂家生产的仪表、装置应能在一个系统中协同工
13、作。计算机网络技术与软件技术的高速发展给开放系统带来了曙光。DI公司(Control System International Inc)推出一种UCOS(用户可配置开放系统)DCS，它采用冗余的以太网或光纤局域网将控制台、各工作站计算机及各现场控制单元(FCU)连接起来，它采用可来自多方厂商的商用软硬件和商用网络，操作系统采用Windows NT，非专利的现场控制单元可提供多任务和网络直接访问能力，与其连接的I/O子系统亦可来自多方厂商。毫无疑问，这种系统将成为真正的开放系统。3.智能控制技术将得到进一步应用专家系统、模糊控制、人工神经网络等智能控制技术，已在直接数字控制及优化控制中得到了初步
14、应用。目前，在控制领域中，智能控制理论与技术是一个研究热点，这种研究“热”无疑将会使智能控制技术的应用水平得到较快的提高。4.多媒体技术的应用多媒体技术无疑可以引入过程控制领域。操作员、工程师将可以坐在控制室里，从DCS的计算机屏幕上看到现场的真实画面，听到来自现场的声音，以此来监视设备的关键部位。由于智能仪表和现场总线技术的发展，过程控制的主流系统DCS的结构将发生转折性变化，控制功能向现场转移和分散，专利系统将向用户可配置(集成)的开放系统过渡。这种控制系统的发展又使智能系统成为当今控制系统发展的热点。由于控制系统的快速发展，而测量系统的进展却很小，使之难于满足先进的控制系统要求。随着微电
15、子技术的飞速发展，尤其是近年来由于低功耗、多功能单片微处理器、A/D与D/A变换器件的面世，为研制通用型高精度智能变送器打下了扎实的物质基础。对于诸如温度、湿度、流量、位移等物理量的测量与控制，如何提高系统的可靠性与精度，减少外部连接线，对于量程浮动、输出信号可远传和随量程线性转移，以及一机多用，以同一检测模板用于不同物理量的检测场合，并满足多种线性与非线性输入信号的精度要求等课题，已越来越为广大科技人员所关注。同时世界上一些主要的仪表制造厂相继研制成功了带微处理机构的各种智能变送器，开创了“智能式”变送器的新阶段。1.2 智能变送器的现状变送器是工业过程重要的基础自动化设备之一。主要完成物理信号的测量和变换处理。随着高参数、大容量设备的增加和过程工艺的复杂化。对自动化的依赖性越来越大，变送器用量
