机电一体化毕业设计（论文）HART 协议智能差压变送器设计.doc

湖南冶金职业技术学院（毕业设计）湖南冶金职业技术学院（2010届）专科毕业设计（论文）HART 协议智能差压变送器设计学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 机电一体化 学 生 姓 名： 班 级：机电0723 学号 13 指导教师姓名： 职称 讲师 职称 最终评定成绩 2010 年 6 月目 录摘要 3第一章 绪论 51·1现场总线的发展 51·2 智能变送器的发展 61·3目的与意义 71·4本论文主要内容 7第二章 HART 协议总体剖析 82·1 HART 协议概述 82·2 HART通信结构模型 102·2·1 HART 协议物理层 102·2·2 HART 数据链路层 112·2·3 应用层 122·2·4 各层间的功能关系 122·3 HART 协议在智能变送器中的应用 12第三章 智能差压变送器的硬件设计 163·1 系统设计方案 163·2 HART通信模块 173·2·1 HART 的优良特性 173·2·2 HT2012 芯片的功能模块 173·3传感器模块 183·4 MCU模块 183·4·1 D/A转换器 193·4·2 A/D转换器 193·5基于HART协议智能差压变送器的电路设计 20第四章 HART 协议差压变送器的软件设计 244·1 变送器的测控程序流程图 244·1·1 用户测控程序总体流程图 244·1·2 参数设置流程图 264·2 HART 数据与发送通讯流程图 274·2·1 上位机数据采集一次数据的程序流程图 274·2·2 变送器数据发送流程图 29结论 31致谢 32参考文献 33摘要国家“十五”计划的全面启动，给仪器仪表行业带来新的增长点。

据有关方面分析，仅西气东输第一期工程就需要各种类型的流量、压力、温度仪表、调节控制仪表、分析仪器、执行机构和主控系统，估计达100亿左右； 目前对仪器仪表行业产品综合水平评价：达到国际八十年代中期水平，微电子技术和计算机技术在仪器仪表产品中普遍采用，约15％的产品实现了智能化，达到国际九十年代水平；30％的产品实现了数字化，达到国际八十年代末期水平，整体技术水平不高，综合差距在15年左右随着国际上“四化”(数字化、智能化、网络化、微型化)产品逐渐成为主流，差距还在拉大主要表现：产品可靠性、稳定性差的问题依然突出；重大工程项目产品成套率下降(由“八五”的80％下降到50％左)，高档产品主要被国外产品占领，中档产品面临强烈冲击，加入WT0以后，形势将更加严峻因此，研究出有自主知识产权的仪器仪表成为当务之急HART协议的智能变送器作为模拟仪表向数字仪表的过渡产品，由于它在目前己成为事实上的工业标准，符合中国国情，加之它可为开发FF总线产品积累经验，因此仍具有开发价值两线制HART智能差压变送器的技术难点： 自身的电流不能超过3．5mA，这是典型的低功耗要求；数字信号在回路中的幅值要求，为1mA(峰—峰值)：变送器与手操器的通信。

在我国研制出的第一台HART智能变送器，已达到了国际先进水平关键词: HART协议； 智能变送器； 现场总线ABSTRACTState "15" program into full swing, to the instrumentation industry to bring new growth. According to relevant analysis, only the first phase of the project on natural gas needs of various types of flow, pressure, temperature instrument, regulation and control instruments, analytical instruments, actuators and main control system, estimated at 10 billion or so; current device Comprehensive Evaluation Instrument industry products: the mid-eighties to the international level, microelectronics and computer technology in instrumentation products commonly used, about 15% of the product to achieve an intelligent, nineties to meet international standards; 30% of the product is digitized, the late eighties to the international level, the overall technical level is not high and the overall gap of 15 years. As the international community "four modernizations" (digital, intelligent, network, miniaturization) products become mainstream, the gap is widening. Mainly: product reliability, poor stability of the problem is still outstanding; product sets the rate of major construction projects decreased (from "August 5" 80% to 50% left), high-end products are mainly occupied by foreign products, is facing a strong impact on mid-range products join WT0 after, the situation will become more severe. Therefore, developed with independent intellectual property instrument become a top priority. Smart HART protocol analog instrument transmitter as the transition to digital instrumentation products, because of its current de facto industry standard has become, in line with China's national conditions, coupled with its products can be accumulated for the development of FF bus experience, still has a development value.2-wire HART Smart Transmitter technical difficulties: their current can not exceed 3.5mA, which is a typical low power requirements; digital signal amplitude in the loop requirements for 1mA (peak - peak): transmitter device with the manual operator of the communication. Through the efforts developed the HART Smart Transmitter one to reach the domestic advanced level.Keywords: HART protocol; Intelligent transmitter; Field bus 第一章 绪论随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。

可以说，检测技术与自动控制水平的高低，是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志加之计算机、控制、通信、网络等技术的迅猛发展，这些不同方面、不同层次的发展，使得作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线技术也得到了迅速发展，使计算机控制系统逐步从集散控制系统走向以现场总线为基础的分布式现场总线控制系统，被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一我们要进行HART变送器的研究，就要必须对现场总线的发展进行初步了解1·1现场总线的发展现场总线技术是当前自动检测技术的热点之一从现场总线技术形成来看，它是控制、计算机、通信、网络等技术发展的必然结果；而智能仪表则为现场总线的出现和应用奠定了基础自1983年Honeywell推出智能仪表--Smar变送器之后，世界各厂家都相继推出各有特色的智能仪表为解决开放性资源的共享问题，从用户到厂商都强烈要求形成统一标准，促进现场总线技术的形成目前，几种有影响的现场总线技术有：基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART，除HART外，均为全数字化现场总线协议全数字化意味着将取消传统的模拟信号的传送方式，而要求每一个现场设备都具有智能及数字通信能力，使得操作人员或其他设备（传感器、执行器等）向现场发送指令（如设定值、量程、报警值等），同时也能实时地得到现场设备各方面的情况（如测量值、环境参数、设备运行情况及设备校准、自诊断情况、报警信息、故障数据等）。

此外，原来由主控制器完成的控制运算也分散到了各个现场设备上，大大提高了系统的可靠性和灵活性现场总线技术关键之处在于系统的开放性，强调对标准的共识与遵从，打破了传统生产厂家各自独立标准的局面，保证了来自不同厂家的产品可以集成到同一个现场总线系统中，并且可以通过网关与其他系统共享资源目前，一方面现场总线标准正处在完善和发展阶段，另一方面传统的基于4～20mA的模拟设备还在广泛应用于工业控制各个领域因此，马上全数字化是不现实的为满足从模拟到全数字的过渡，HART协议应运而生HART采用频移键控（FSK）技术它基于Bell202通信标准，在4～20mA模拟信号上叠加不同的频率信号来传送数字信号HART协议的数据传输速率为1200bps（位/秒）HART现场总线（简称HF）系统采用主从工作方式：主机为1台IBM-PC机；从机为1台或多台遵守HART协议的HF智能变送器当从机只有1台HF智能变送器，即智能变送器工作在点-点方式下时，可继续使用传统的4～20mA。