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技術(shù)文章

基于FPGA的智能變送器的設(shè)計與實現(xiàn)
    在產(chǎn)業(yè)主動化節(jié)制系統(tǒng)中，過程參數(shù)壓力、差壓、絕對壓力、流量等工藝參數(shù)均要嚴(yán)格節(jié)制，而這類參數(shù)的測量與監(jiān)控大年夜多利用變送器。德魯克壓力變送器是玉業(yè)過程首要的根本主動化設(shè)備之一，是產(chǎn)業(yè)過程主動節(jié)制中利用最廣、利用最多的一種現(xiàn)場儀表。跟著高參數(shù)、大年夜容量設(shè)備的增加和過程工藝的復(fù)雜化，變送器用量不竭增多。
    跟著產(chǎn)業(yè)主動化節(jié)制手藝的成長，自控程度愈來愈高，對過程參數(shù)節(jié)制精度要求愈來愈嚴(yán)，要求變送器表不但精度高，并且要功能多、不變靠得住、能**傳送過程參數(shù)(壓力、差壓、絕壓、流量)、抗干擾能力強(qiáng)、利用保護(hù)簡單，并能與節(jié)制器、履行器等設(shè)備構(gòu)成功能強(qiáng)大年夜的節(jié)制系統(tǒng)，實現(xiàn)通信和過程的主動節(jié)制。所以，疇昔的變送器因為受測量道理和通信所限，很難實現(xiàn)這類高精度節(jié)制要求，是以，自但是然地產(chǎn)生了道理先進(jìn)具有通信功能的智能變送器。這類先進(jìn)的智能變送器集現(xiàn)代科技與一身，是微電子手藝、緊密機(jī)械加工手藝、計較機(jī)手藝和現(xiàn)代通信手藝完美連絡(luò)的產(chǎn)品，能實現(xiàn)過程節(jié)制的多種要求，鞭策了全部自控手藝的向前成長。先進(jìn)的智能變送器是產(chǎn)業(yè)過程節(jié)制手藝成長的需要，也是工藝過程實現(xiàn)高精度節(jié)制的必須，具有很好的市場遠(yuǎn)景。
本文按照產(chǎn)業(yè)利用的實際需要和收集通信成長的功能要求，提出了基于FPGA智能變送器節(jié)制系統(tǒng)的整體方案，硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件設(shè)計。該設(shè)計實現(xiàn)了系統(tǒng)MCU主控模塊、數(shù)據(jù)匯集模塊、電源節(jié)制模塊、數(shù)據(jù)措置模塊、數(shù)據(jù)通信模塊等硬件電路，并給出了系統(tǒng)軟件流程圖，重點闡述了數(shù)據(jù)匯集和數(shù)據(jù)摹擬輸出節(jié)制電路的FPGA實現(xiàn)，具體闡述了系統(tǒng)各模塊電路的構(gòu)成道理和實現(xiàn)編制，給出了全部電路系統(tǒng)的道理圖，并建造了印刷電路板。連絡(luò)XILINX公司的ISE10．1設(shè)計軟件給出了模／數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)／模轉(zhuǎn)換的仿真成果，驗證了系統(tǒng)功能。http://www.willpowersh.com/willpowersh_ChiClass_2874532_1.html

1智能變送器的整體設(shè)計
本智能變送器由前端旌旗燈號調(diào)度電路、高速A／D采樣電路、數(shù)字旌旗燈號措置電路、摹擬輸出電路和數(shù)字輸出電路構(gòu)成。如圖1所示。




闡發(fā)分歧類型的傳感器，其輸出旌旗燈號可分為電流旌旗燈號、電壓旌旗燈號和電荷旌旗燈號3大年夜類，響應(yīng)地設(shè)計了3種旌旗燈號調(diào)度電路。以大年夜型設(shè)備振動監(jiān)測項目為例，縣體的傳感器有加快度、速度德魯克壓力變送器和位移傳感器。選擇分歧的前端旌旗燈號調(diào)度電路，變成同一規(guī)格的電壓旌旗燈號供后面的A／D采樣。
A／D采樣部分對前端電路的輸出電壓旌旗燈號進(jìn)行采樣。A／D采樣芯片采取ADI公司的AD7264，AD7264是雙通道同步采樣、14-bit、高速、、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采取5V單電源供電，采樣速度高達(dá)1MSPS。A／D采樣電路與前端旌旗燈號調(diào)度電路用同一隔離電源供電，與后級數(shù)字旌旗燈號措置電路隔離。AD7264的數(shù)據(jù)接口為串行接口，便于隔離措置。
數(shù)字旌旗燈號措置電路選擇帶有CPU軟核的FPGA。FPGA是智能式變送器的核心，它不單能對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行計較、存儲和數(shù)據(jù)措置，還可以經(jīng)由過程反饋回路對傳感器進(jìn)行調(diào)度。在全部系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA首要實現(xiàn)對系統(tǒng)的節(jié)制和數(shù)據(jù)的預(yù)措置。
智能式變送器有兩種輸出編制：摹擬輸出和數(shù)字輸出。數(shù)字輸出將措置后的旌旗燈號直接輸出，經(jīng)由過程CAN接口、TCP／IP接口傳給上位機(jī)。摹擬輸出經(jīng)由過程DAC芯片將旌旗燈號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓電流旌旗燈號輸出。
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