第五章控制仪表智能变送器

1、控制仪表及装置控制仪表及装置克拉玛依职业技术学院自动化教研室克拉玛依职业技术学院自动化教研室主讲：主讲：储存储存控制仪表及装置控制仪表及装置内内 容容 概概 述述 一一.自自动动化基化基础础及及概论概论二、二、变变送器和送器和转换转换器器三、三、控制仪表（调节器）控制仪表（调节器）四. 运运算器和算器和执执行器行器五、智能变送器五、智能变送器六、可编程调节器六、可编程调节器七、七、现场总线现场总线控制系控制系统统第一篇第一篇:模模拟拟式式第二篇第二篇:数数字式字式控制仪表及装置控制仪表及装置 第五章第五章: :智能变送器智能变送器 变送器和转换器变送器和转换器第五章第五章: :智能变送器智能变

2、送器内容提要内容提要第一节第一节 智能变送器概述智能变送器概述一第二节第二节 数字式差压变送器数字式差压变送器 二第三节第三节 数字式温度变送器数字式温度变送器三 变送器和转换器变送器和转换器 智能变送器 采用微处理器和先进传感器技术的智能变送器 是新型现场变送类仪表。 精度、可靠性、稳定性均优于模拟控制仪表。 输出：模拟、数字混合信号或全数字信号。 通过现场总线可与上位机连接，能满足DCS和 FCS的应用要求。 变送器和转换器变送器和转换器第一节第一节 概述概述 一、智能变送器的特点：（1）测量精度高、响应快、性能稳定、可靠；（2）具有较宽的零点迁移范围和较大的可调比；（3）具有温度、静压补

3、偿功能（差压变送器）和非线性校正能力（温度变送器）；（4）有些智能变送器还具有计算、显示、报警、控制、诊断等功能；与智能执行器配合，可就地构成控制回路；（5）输出模拟、数字混合信号或全数字信号（符合现场总线协议）（6）通过手持通讯器（数据设定器）或其他组态工具，能对变送器进行就地或远程组态，包括调零、调量程、设置报警、阻尼、工程单位等变量。 变送器和转换器变送器和转换器第一节 概述 一、智能变送器的组成： 由硬件、软件组成。 不同厂家，不同种类的仪表大同小异，只是在器件类型、电路形式、程序编码和软件功能等方面不同。 电路结构组成：传感器部件、电子部件 传感器部件：因变送器的设计原理或功能而异；

4、 电 子 部 件：由微处理器、A/D转换气、 D/A转 换器、通讯器件等组成。变送器 变送器和转换器变送器和转换器按照被测参数分类 minmaxminminmaxmin()xxyyyyxx变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性 xyxminxmaxyminymaxxmin 可能0，也可能0第一节 概述 变送器和转换器变送器和转换器概述 变送器的构成原理 模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理 数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理 变送器和转换器变送器和转换器模拟变送器的构成原理x测量部分Ki模拟式模拟式变送器的组成变送器的组成 ：zi放大器Koy反馈部分Kfzf+min

5、maxminminmaxmin()xxyyyyxx零点调整零点迁移+z0关键环节关键环节： minyKxy 变送器和转换器变送器和转换器当满足KoKf1的条件时 ffiKzxKKy0输入输出关系 ?y xKiziKoyKfzf+z0011iooofofK KKyxzK KK K0iooofofK KKyxzK KK K 变送器和转换器变送器和转换器ffiKzxKKy00min()iffKzyxxKK 0min()iifffKzKyxxKKK minmaxxxx，如果，ymin，ymax 与xmin，xmax ，如何调整？1.调整调整Ki、Kf可以改变线性关系的斜率，调试会影响零点可以改变线性关

6、系的斜率，调试会影响零点2.调整调整z0可以改变零点，同时也会引起线性关系的平移可以改变零点，同时也会引起线性关系的平移minyifKyxK 变送器和转换器变送器和转换器数字式变送器的构成原理 x检测元件A/D转换CPU通信电路数字信号存储器一般形式一般形式x检测元件A/D转换CPU通信电路FSK信号存储器A/D转换Frequency shift keying采用采用HART协议通信方式协议通信方式 变送器和转换器变送器和转换器软件数字式变送器软件部分包括: A/D采样程序 量程转换程序 工程量变换程序 滤波程序 误差校正程序 D/A输出程序 通讯程序 辅助功能程序数字式变送器还配置有数字式变

7、送器还配置有手持终端手持终端 变送器和转换器变送器和转换器变送器的一些共性问题 零点调整和零点迁移零点调整和零点迁移 线性化线性化变送器信号传输方式变送器信号传输方式 量程调整量程调整 变送器和转换器变送器和转换器 量程调整相当于改变变送器的量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，输入输出特性的斜率，也就是改变也就是改变变送器输变送器输出信号出信号y与输入信号与输入信号x之间的比例系数之间的比例系数 xyxminxmaxyminymax使变送器的输出信号上限值使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值与测量范围的上限值xmax相对应相对应 变送器和转换器变送器和转换器量程调整的方

8、法 改变反馈部分的反馈系数改变反馈部分的反馈系数Kf 改变测量部分转换系数改变测量部分转换系数Ki 软件实现软件实现 模拟式变送器模拟式变送器数字式变送器数字式变送器 Kf Ki 量程量程 量程量程 变送器和转换器变送器和转换器零点调整的方法零点调整的方法模拟变送器：模拟变送器：调调Z0数字变送器：软件数字变送器：软件使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值与测量范围的下限值xmin=0相对应相对应 xy0 xmaxyminymax 变送器和转换器变送器和转换器 使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值ymia与测量范围的下限值与测量范围的下限值xmi

9、n相对应，在相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在时，称为零点调整，在xmin0时，称为零点迁移时，称为零点迁移 当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移 零点调整使变送器的测量起始点为零零点调整使变送器的测量起始点为零零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:xminxyxmaxyminymax0 xmaxxminxmax零点迁移的方法零点迁移的方法模拟变送器：模拟变送器：调调Z0数字变送器：数字变送器：软件软件

10、变送器和转换器变送器和转换器 原因原因：传传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系非线性补偿方法非线性补偿方法: 1.使反馈部分与使反馈部分与传传感器组件感器组件具有相同的非线性特性具有相同的非线性特性 变送器和转换器变送器和转换器 非线性补偿方法非线性补偿方法: 软件实现软件实现 2.使使测量部分测量部分与与传传感器组件感器组件具有相反的非线性特性具有相反的非线性特性 变送器和转换器变送器和转换器 变送器和转换器变送器和转换器二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号信号 二线制二

11、线制 四线制四线制 供电电源和输出信号分别用二根导线传输供电电源和输出信号分别用二根导线传输 RL四线四线制变制变送器送器Io电源二线二线制变制变送器送器RLErrIo 变送器和转换器变送器和转换器节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰 二线制变送器的条件：二线制变送器的条件： 工作电流：工作电流： minII0工作电压工作电压：min0maxmax(2 )TLVEIR二线制优点：二线制优点： 二线二线制变制变送器送器RLErrIo+VT 变送器和转换器变送器和转换器HARTHART（Highway Addressable Remote TransducerH

12、ighway Addressable Remote Transducer）协议是一种过渡）协议是一种过渡性协议，它采用性协议，它采用FSKFSK技术，在技术，在4 420mA20mA过程测量模拟信号上叠加了一过程测量模拟信号上叠加了一个频率信号，使模拟信号与数字双向通讯能同时进行，即个频率信号，使模拟信号与数字双向通讯能同时进行，即在一条电在一条电缆上同时传输缆上同时传输4 420mA20mA的模拟信号和数字信号，的模拟信号和数字信号，互不干扰。我国目前互不干扰。我国目前工业现场中工业现场中4 420mA20mA标准的模拟仪表仍大量存在，标准的模拟仪表仍大量存在，HARTHART协议起到了承协

13、议起到了承前启后的作用，在我国得到了广泛的应用。前启后的作用，在我国得到了广泛的应用。 ( (FSK频移键控技术频移键控技术)HART通讯协议通讯协议 :物理层物理层 数据链路层数据链路层 应用层应用层 HART通信协议是依照国际标准化组织通信协议是依照国际标准化组织(ISO)的开放式系统互连的开放式系统互连(OSI)参参考模型，简化并引用其中三层：考模型，简化并引用其中三层： 这种被称为可寻址远程传感高速通道最早由这种被称为可寻址远程传感高速通道最早由Rosemount公司开发并得公司开发并得到到80多家著名仪表公司的支持多家著名仪表公司的支持 ,于于 1 993年成立了年成立了HART通信

14、基金会。通信基金会。 变送器和转换器变送器和转换器物理层规定了物理层规定了信号的传输方法信号的传输方法和和传输介质传输介质传送速率为传送速率为1200 bit/sbit/s FSKFSK信号相位连续，均值信号相位连续，均值0 0，则叠加上的信号对模拟信号没有影响，则叠加上的信号对模拟信号没有影响 (FSK频移键控技术频移键控技术). .信号传输方法：信号传输方法：基于基于Bell 202 通讯标准，采用频移键控通讯标准，采用频移键控FSK方方法，在法，在420mA基础上叠加幅度为基础上叠加幅度为0.5mA的正的正弦调制波作为数字信号弦调制波作为数字信号 变送器和转换器变送器和转换器传输介质传输

15、介质: 单芯带屏蔽双绞电缆单芯带屏蔽双绞电缆 3000米米 多芯带屏蔽双绞电缆多芯带屏蔽双绞电缆 1500米米 短距离可使用非屏蔽电缆短距离可使用非屏蔽电缆 变送器和转换器变送器和转换器规定了规定了数据帧的格式数据帧的格式和和数据通讯规程数据通讯规程定界符定义了帧的类型和寻址格式定界符定义了帧的类型和寻址格式 地址有短格式地址有短格式(1字节字节)和长格式和长格式 (5字节字节)响应码在变送器向主设备通信时才有，表示数据通信状态和变送响应码在变送器向主设备通信时才有，表示数据通信状态和变送器工作状态器工作状态 数据帧数据帧格式：格式：由链路同步信息、寻址信息、用户信息及校验和组成由链路同步信息

16、、寻址信息、用户信息及校验和组成 校验和数据字节响应码字节长度命令号地址定界符链路同步码 变送器和转换器变送器和转换器HART协议按主协议按主/从方式通讯从方式通讯即：只有在主站呼叫时，现场设备（从站）才传送信息。即：只有在主站呼叫时，现场设备（从站）才传送信息。通信由主设备发起，即发出请求通信由主设备发起，即发出请求(指令指令)，被访问的从设备，被访问的从设备(即现场仪即现场仪表表)负责解负责解析析指令并返回对指令的响应。指令并返回对指令的响应。HART的介质访问控制本质是上一种令牌总线技术，它的最大优点的介质访问控制本质是上一种令牌总线技术，它的最大优点是保证数据在总线上传输时不发生冲突是

17、保证数据在总线上传输时不发生冲突(只是取得令牌，才有权发起只是取得令牌，才有权发起通信通信)，同时保证在限定时间内任一站点可以取得链路控制权。，同时保证在限定时间内任一站点可以取得链路控制权。HART的令牌是隐含的，即没有的令牌是隐含的，即没有“令牌帧令牌帧”的存在，而是定义了与令的存在，而是定义了与令牌作用相似的时限牌作用相似的时限(定时定时)规则。规则。数据通讯规程数据通讯规程 变送器和转换器变送器和转换器点对点模式点对点模式-在一条电缆上在一条电缆上4 420mADC20mADC的模拟信号和数字信号的模拟信号和数字信号 多点模式多点模式-一条电缆连接多个一条电缆连接多个现场设备，这是现场

18、设备，这是 阵发模式阵发模式-允许总线上有一个从站自动、连续地发送标准的允许总线上有一个从站自动、连续地发送标准的HARTHART响应信息响应信息 有三种通讯模式：有三种通讯模式： 从设备可以被主设备组态为阵发模式从设备可以被主设备组态为阵发模式(Burstmode)，即自动执行某一特定，即自动执行某一特定指令并给出响应无需得到请求，只有在此模式下从设备可以发起通信，指令并给出响应无需得到请求，只有在此模式下从设备可以发起通信，从而可能引起与主设备间对链路控制权的争用，否则从设备持续非活动从而可能引起与主设备间对链路控制权的争用，否则从设备持续非活动(等待等待)状态，仅能对请求作出响应。同一链

19、路上只能有一个阵发模式从状态，仅能对请求作出响应。同一链路上只能有一个阵发模式从设备与主设备，包括一个第一主设备和一个第二主设备，同时存在设备与主设备，包括一个第一主设备和一个第二主设备，同时存在从从从从从从从从从从主主主主第一第一第二第二阵发阵发逻辑环逻辑环 变送器和转换器变送器和转换器第一主站可以是第一主站可以是DCSDCS、 PLCPLC、基于计算机的控制或监测系统，、基于计算机的控制或监测系统，第二主站可以是手持终端，手持终端几乎可以连接在网络任何地方，在第二主站可以是手持终端，手持终端几乎可以连接在网络任何地方，在不影响第一主站通信的情况下与任何一个现场设备通信。不影响第一主站通信的

20、情况下与任何一个现场设备通信。从从从从从从从从从从主主主主第一第一第二第二阵发阵发逻辑环逻辑环 变送器和转换器变送器和转换器规定了通讯命令的内容规定了通讯命令的内容 命令命令类型：类型： 通用命令通用命令 通用操作命令通用操作命令 特殊命令特殊命令适用于所有符合适用于所有符合HART协议的现场仪表协议的现场仪表 包括制造厂商和仪表类型、变量值和单位、阻尼时间、系列号等 适用于大部分符合适用于大部分符合HART协议的现场仪表协议的现场仪表 包括读变量、改变上/下限值、调零和调量程、仪表自检等 各制造厂的产品自己所特有的命令各制造厂的产品自己所特有的命令 用于对仪表中的专门参数或仪表的特有功能进行

21、自由定义，如开始、结束或清累积，读写校正系数，使能PID，改变给定值等 变送器和转换器变送器和转换器CPUDAC(AD421)HARTMODEMBELL 202波形整形电路Io(420mA)RLE带通滤波器输出波形整形电路：满足HART物理层规范所要求的信号波形上升沿/下降沿的时间，较平缓的上升沿/下降沿的时间可以降低与其它HART网络间的串扰。带通滤波器: 抑制接收信号中的感应噪声，其频宽大约为1200 Hz2200Hz FSKFSK 变送器和转换器变送器和转换器HART通讯模块实现通讯模块实现二进制的数字信号与二进制的数字信号与FSK信号之间的相互转换信号之间的相互转换 HT2012是是S

22、MAR公司专门为公司专门为HART产品而设计生产的产品而设计生产的通讯模块通讯模块 (Smar全球著名的制造商全球著名的制造商) HT2012功能框图 调制器解调器时基电路载波监测ITXDINRTS460.8kHzIRXAOXTA19.2kHzORXDOCDHT2012功能框图 变送器和转换器变送器和转换器ITXD从从CPU异步串行输出口获得数字信号，经调制后在异步串行输出口获得数字信号，经调制后在OTXA输出输出FSK信号，信号，FSK信号经整形后加载到信号经整形后加载到420mA输出回路上。输出回路上。调制器解调器ITXDIRXAOXTAORXD通过通过IRXA获得获得FSK信号，信号，F

23、SK信号经解调后在信号经解调后在ORXD输出数字信号，输出数字信号，ORXD直接与直接与CPU的异步串行输入口相连。的异步串行输入口相连。 变送器和转换器变送器和转换器INRTS：调制、解调器的控制端：调制、解调器的控制端INRTS0时，调制器工作，解调器输出不定时，调制器工作，解调器输出不定INRTS1时，解调器工作，调制器输出呈高阻状态时，解调器工作，调制器输出呈高阻状态上述机制说明上述机制说明HART是半双工的。是半双工的。载波监测INRTS调制器解调器ITXDIRXAOXTAORXDOCDOCD作为载波侦听输出，当存在数字信号时，作为载波侦听输出，当存在数字信号时，OCD0，启动，启动

24、CPU1读取读取ORXD处的解调信号处的解调信号 变送器和转换器变送器和转换器时基电路：产生调制、解调器所需要的时钟信号时基电路：产生调制、解调器所需要的时钟信号 同时还提供一路同时还提供一路19.2kHz的时钟输出的时钟输出时基电路460.8kHz19.2kHz调制器解调器载波监测ITXDINRTSIRXAOXTAORXDOCD 变送器和转换器变送器和转换器调制器调制器 ITXD：二进制数字信号输入二进制数字信号输入 OXTA：FSK信号输出信号输出解调器解调器 IRXA：FSK信号输入信号输入(由信号回路由信号回路) ORXD：二进制数字信号二进制数字信号输出输出INRTS：控制端：控制端

25、“0” ，调制器，调制器 工作，解调器输出不定；工作，解调器输出不定；“1” ，解调器工作，调制器输出呈高阻状态。，解调器工作，调制器输出呈高阻状态。载波监测电路用于检测载波监测电路用于检测420mA直流直流信号中是否叠加有数字信号信号中是否叠加有数字信号 ,侦侦听网络和启动接收听网络和启动接收时基电路时基电路产生调制器和解调器所需的时间基准信号，同时还提供产生调制器和解调器所需的时间基准信号，同时还提供19.2kHz 的脉冲输出的脉冲输出 变送器和转换器变送器和转换器16位串行输入、位串行输入、420mA电流输出电流输出与与HART通信模块共同完成变送器的数字通信通信模块共同完成变送器的数字

26、通信(其它略其它略) 变送器和转换器变送器和转换器3051C差压变送器差压变送器 1151数字式差压变送器数字式差压变送器 数字式（智能式）差压变送器种类较多，结构各异，但数字式（智能式）差压变送器种类较多，结构各异，但总体结构式相同的。总体结构式相同的。 ST3000差压变送器差压变送器 美国) ST3000、3051C、1151数字式差压变送器都是采用数字式差压变送器都是采用HART通信方式进行通信的通信方式进行通信的先讲先讲1151 变送器和转换器变送器和转换器 传感器传感器三组件（差压、温度和静压）三组件（差压、温度和静压）差压传感器差压传感器扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器差压差压传

27、感器传感器温度温度传感器传感器静压静压传感器传感器多多路路转转换换A/DCPUD/A数字数字IOROMRAMEPROMHart信号信号 变送器和转换器变送器和转换器差压传感器差压传感器主传感器，测量差压主传感器，测量差压温度、静压传感器温度、静压传感器辅助传感器，用于补偿，以提高测量精度辅助传感器，用于补偿，以提高测量精度RAM存储变送器的各种参数存储变送器的各种参数EPROM存储着与存储着与RAM同样的数据。同样的数据。变送器设置变送器设置通过数字设定器设置，通过数字设定器设置，差压差压传感器传感器温度温度传感器传感器静压静压传感器传感器多多路路转转换换A/DCPUD/A数字数字IOROMR

28、AMEPROMHart信号信号 变送器和转换器变送器和转换器 变送器和转换器变送器和转换器1.传感器传感器电容式压力传感器电容式压力传感器2.采用专用传感器采用专用传感器(ASIC)和贴片技术和贴片技术(SMT)3.温度传感器温度传感器用以补偿热效应带来的误差用以补偿热效应带来的误差4.CPU4.CPU完成对输入信号的线性化、温度补偿、数字通完成对输入信号的线性化、温度补偿、数字通信、自诊断等处理后得到一个与被测差压对应信、自诊断等处理后得到一个与被测差压对应的的420mA直流电流信号和数字信号，作为变直流电流信号和数字信号，作为变送器的输出。送器的输出。 5.5.数据设定器数据设定器用于对变

29、送器进行组态，或读取变送器用于对变送器进行组态，或读取变送器的输出数据。的输出数据。 变送器和转换器变送器和转换器 传感器传感器AD7715CPUWDTAD421HT2012PI0软件软件 变送器和转换器变送器和转换器 1.传感器采用电容式差压传感器传感器采用电容式差压传感器2.将输入差压转换成将输入差压转换成02.5V左右的电压信号左右的电压信号 。3.变送器的正常工作电流必须等于或小于变送器的正常工作电流必须等于或小于3.5mA4.传感器部分工作电流为传感器部分工作电流为0.8mA左右左右 。 变送器和转换器变送器和转换器 1.AD7715是美国是美国ADI公司生产的公司生产的16位模数转

30、换器。它具有位模数转换器。它具有0.0015的的非线性、片内可编程增益放大器、差动输入、三线串行接口、缓冲非线性、片内可编程增益放大器、差动输入、三线串行接口、缓冲输入、输出更新速度可编程等特点。输入、输出更新速度可编程等特点。2.2.3.带有模拟前置放大器的带有模拟前置放大器的A/D转换芯片采用转换芯片采用-转换技术，实现转换技术，实现16位的位的高精度模数转换高精度模数转换 。4.不太适用多路信号频繁切换的场合，只有在一路信号每周期的使用，不太适用多路信号频繁切换的场合，只有在一路信号每周期的使用，而其它路信号不常用的情况下可以使用。而其它路信号不常用的情况下可以使用。5.5.在低速采样应

31、用中，在低速采样应用中，AD7715AD7715的性能最佳。当采用的性能最佳。当采用60Hz60Hz或或60Hz60Hz以下的以下的更新速度进行采样时，更新速度进行采样时，AD7715AD7715对对50Hz50Hz的工频有抑制作用，采样的效的工频有抑制作用，采样的效果很好，但当更新速度大于果很好，但当更新速度大于60Hz60Hz时，采出码将出现波动，效果变差，时，采出码将出现波动，效果变差，这时可以在读数据时采用滑动平均值数字滤波，使效果得以改善，这时可以在读数据时采用滑动平均值数字滤波，使效果得以改善，即加入所谓的后置滤波器。即加入所谓的后置滤波器。6. AD77156. AD7715在小

32、信号的采样中得到很好的应用，在热偶、热电阻测温在小信号的采样中得到很好的应用，在热偶、热电阻测温的应用方面也取得了令人满意的效果。的应用方面也取得了令人满意的效果。 变送器和转换器变送器和转换器-调制器调制器(-转换器又称为过采样转换器转换器又称为过采样转换器)包含包含1个差分放大器、个差分放大器、1个积分器、个积分器、1个比较器以及个比较器以及1个由个由1bit DAC（1个简单的开关，可以将差分放大器的反个简单的开关，可以将差分放大器的反相输入接到正或负参考电压）构成的反馈环。相输入接到正或负参考电压）构成的反馈环。反馈反馈DAC的作用是使积分器的平均输出电压接近于比较器的参考电平。的作用

33、是使积分器的平均输出电压接近于比较器的参考电平。调制器输出中调制器输出中“1”的密度将正比于输入信号，如果输入电压上升，比较的密度将正比于输入信号，如果输入电压上升，比较器必须产生更多数量的器必须产生更多数量的“1”，反之亦然。，反之亦然。积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤波器，而积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤波器，而对于量化噪声则表现为高通滤波。这样，大部分量化噪声就被推向更高对于量化噪声则表现为高通滤波。这样，大部分量化噪声就被推向更高的频段。如果对噪声成形后的的频段。如果对噪声成形后的-调制器输出进行数字滤波，将有可能移调制器输出进行数字滤波，

34、将有可能移走比简单过采样中更多的噪声。走比简单过采样中更多的噪声。 变送器和转换器变送器和转换器AD7715是以是以原理工作的原理工作的16位模数转换器位模数转换器采用单一采用单一5V(AD77155)或或3V(AD77153)电源供电电源供电可用最少数量的口线与单片机或可用最少数量的口线与单片机或微处理器相接微处理器相接适用于单通道低速小信号采样的适用于单通道低速小信号采样的应用场合。应用场合。 变送器和转换器变送器和转换器 AT89S8252微处理器微处理器 ，它与，它与MCS-51兼容。兼容。2. 8K bytes的的Flash ROM、2K bytes的的EEPROM、256 byte

35、s的的RAM、32个个 I/O口线、两个口线、两个DPTR、3个个16位定时位定时/计数器、计数器、1个全双工串个全双工串行口、可编程看门狗、在片振荡器和时钟电路等。行口、可编程看门狗、在片振荡器和时钟电路等。v3. CPU采用采用3V供电，工作频率供电，工作频率1.8432MHz。v4. CPU采取间断工作方式采取间断工作方式v 1/5时间工作、时间工作、4/5时间休眠，以降低时间休眠，以降低CPU功耗功耗 变送器和转换器变送器和转换器实现实现HART协议物理层的硬件电路协议物理层的硬件电路 变送器和转换器变送器和转换器 变送器和转换器变送器和转换器 将将CPU输入的数字信号转换为输入的数字

36、信号转换为420mA直流电流作为整机的输出直流电流作为整机的输出将通信部分输入的数字信号叠加在将通信部分输入的数字信号叠加在420mA直流电流上一起输出直流电流上一起输出 与场效应管与场效应管VT1等组成电压调整等组成电压调整电路电路 三极管三极管VT2起分流作用，以减少流过场效应管起分流作用，以减少流过场效应管VT1的电流的电流 作用：作用： 变送器和转换器变送器和转换器MAX6304ESA复位电路复位电路CPU正常工作时正常工作时WDO输出为高电输出为高电平，对平，对CPU的工作没有影响的工作没有影响CPU受外界干扰不能正常工作时受外界干扰不能正常工作时 WDO输出将变为低电平，输出将变为

37、低电平，使使CPU产生不可产生不可屏蔽的中断，将正在处理的数据进行屏蔽的中断，将正在处理的数据进行保护；同时经过一段等待时间之后，保护；同时经过一段等待时间之后，输出输出RESET信号对信号对CPU进行复位，使进行复位，使CPU重新进入正常工作重新进入正常工作 电源故障端电源故障端PFI经过分压电阻经过分压电阻R1 1、R2 2接供电源接供电源UCCCC，当电源发生较大波动，当电源发生较大波动时，监控电路将产生复位信号，从而有效地防止了电源干扰对时，监控电路将产生复位信号，从而有效地防止了电源干扰对CPU的影的影响。响。 变送器和转换器变送器和转换器测控程序包括测控程序包括A/D采样程序、非线

38、性补偿程序、采样程序、非线性补偿程序、量程转换程序、线性或开方输出程序、阻尼程序量程转换程序、线性或开方输出程序、阻尼程序以及以及D/A输出程序等输出程序等通信程序采用串行口中断接收通信程序采用串行口中断接收/发送发送 分为两部分：测控程序和通信程序分为两部分：测控程序和通信程序 变送器和转换器变送器和转换器两种类型： HART 现场总线现场总线(Smar全球著名的制造商全球著名的制造商) 变送器和转换器变送器和转换器数据传输类型： FF现场总线 输入信号类型： 各种热电阻Cu10、Ni120、Pt50、Pt100、Pt500 各种热电偶B、E、J、K、N、R、S、T、L、U 其它mV、量程可

39、以组态 变送器和转换器变送器和转换器输出信号类型： 现场总线数字信号(FF)精 度： 0.02环 境 温 度： -4085C贮 存 温 度： -40100C数 字 显 示： -1060C (正常运行) -4085C (无损坏)湿 度 范 围：1060% 相对湿度 变送器和转换器变送器和转换器 变送器和转换器变送器和转换器内容：多路转换器内容：多路转换器MUXMUX、信号调理电路、信号调理电路、AD转换器和隔离部分转换器和隔离部分作用：将输入信号转换为二进制的数字信号，传送给作用：将输入信号转换为二进制的数字信号，传送给CPUCPU；并并实现输入板与主电路板的隔离。实现输入板与主电路板的隔离。

40、不同的不同的信号与不同的端子连接，由信号与不同的端子连接，由MUXMUX根据输入信号根据输入信号的类型，的类型，将相应端子连接到将相应端子连接到信号调理电路信号调理电路 信号调理电路信号调理电路：信号：信号放大放大 隔离部分包括信号隔离和电源隔离隔离部分包括信号隔离和电源隔离（信号隔离采用光电隔信号隔离采用光电隔离离），目的：），目的：为了避免控制系统可能多点接地形成地环电为了避免控制系统可能多点接地形成地环电流，而引入干扰影响整个系统的正常工作流，而引入干扰影响整个系统的正常工作 环境温度传感器环境温度传感器：用于热电偶的冷端温度补偿。用于热电偶的冷端温度补偿。 变送器和转换器变送器和转换器

41、内容：微处理器系统、通信控制器、信号整形电路、本机调整部分内容：微处理器系统、通信控制器、信号整形电路、本机调整部分和电源部分，它是变送器的核心部件。和电源部分，它是变送器的核心部件。 TT302TT302温度变送器是由现场总线电源温度变送器是由现场总线电源通过通信电缆供电通过通信电缆供电供电电压为供电电压为9 932VDC32VDC电源部分将供电电压转换为变送器内部各芯片所需电压，电源部分将供电电压转换为变送器内部各芯片所需电压，为各芯片供电。为各芯片供电。变送器输出的数字信号也是通过通信电缆传送的，因此变送器输出的数字信号也是通过通信电缆传送的，因此通信电缆同时传送变送器所需的电源和输出通

42、信电缆同时传送变送器所需的电源和输出信号信号这与这与二线制模拟式变送器相类似。二线制模拟式变送器相类似。 变送器和转换器变送器和转换器液晶显示器是一个微功耗的显示器液晶显示器是一个微功耗的显示器可以显示可以显示和五位字母和五位字母用于接收用于接收CPUCPU来的数据并加以显示。来的数据并加以显示。 变送器和转换器变送器和转换器软件分为系统程序和功能模块两大部分。软件分为系统程序和功能模块两大部分。系统程序使系统程序使变送变送器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能，同器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能，同时完成各组成部分之间的管理。时完成各组成部分之间的管理。功能模块提供了各种功能，用户

43、可以选择所需要的功能模块以实现功能模块提供了各种功能，用户可以选择所需要的功能模块以实现用户所要求的功能。用户所要求的功能。变送器变送器提供的功能模块主要有：提供的功能模块主要有：资源模块资源模块RES - RES - 包含与资源相关的硬件数据；包含与资源相关的硬件数据；转换功能模块转换功能模块TRD - TRD - 将输入将输入/ /输出变量转换成相应的工程数据；输出变量转换成相应的工程数据；显示转换显示转换DSP- DSP- 用于组态液晶显示上的过程变量；用于组态液晶显示上的过程变量；组态转换组态转换DIAG- DIAG- 提供在线测量功能模块执行时间，检查功能模块与其它程提供在线测量功能

44、模块执行时间，检查功能模块与其它程序之间的连接；序之间的连接；模拟输入模拟输入AI - AI - 此功能模块从转换功能模块获得输入数据，然后对数据进此功能模块从转换功能模块获得输入数据，然后对数据进行处理后传送给其它功能模块。行处理后传送给其它功能模块。AIAI模块具有量程转换、模块具有量程转换、过滤、平方根及去掉尾数等功能；过滤、平方根及去掉尾数等功能； 变送器和转换器变送器和转换器 - - 此功能模块包含多种功能：如设定此功能模块包含多种功能：如设定值及变化率范围调整、测量值滤波及报警、值及变化率范围调整、测量值滤波及报警、前馈、输出跟踪等；前馈、输出跟踪等；- - 它除了具有它除了具有P

45、ID PID 控制功能模块所控制功能模块所有标准的功能之外，还包括无扰动或强制有标准的功能之外，还包括无扰动或强制手动手动/ /自动切换等功能；自动切换等功能； 变送器和转换器变送器和转换器思考题：3.智能差压变送器有哪些?有哪些特点？4、智能温度变送器有哪些特点？简述TT302温度变送器的工作原理。 1、试述模拟式变送器和智能式变送器的构成原理。、试述模拟式变送器和智能式变送器的构成原理。 2、什么是、什么是FSK信号？信号？HART协议通信方式是如何实现的？协议通信方式是如何实现的？ 变送器和转换器变送器和转换器A/D转换技术转换技术 v现在的软件无线电、数字图像采集都需要有高速现在的软件

46、无线电、数字图像采集都需要有高速的的A/D采样保证有效性和精度，一般的测控系统采样保证有效性和精度，一般的测控系统也希望在精度上有所突破，人类数字化的浪潮推也希望在精度上有所突破，人类数字化的浪潮推动了动了A/D转换器不断变革，而转换器不断变革，而A/D转换器是人转换器是人类实现数字化的先锋。类实现数字化的先锋。A/D转换器发展了转换器发展了30多多年，经历了多次的技术革新，从并行、逐次逼近年，经历了多次的技术革新，从并行、逐次逼近型、积分型型、积分型ADC，到近年来新发展起来的，到近年来新发展起来的-型型和流水线型和流水线型ADC，它们各有其优缺点，能满足不，它们各有其优缺点，能满足不同的应

47、用场合的使用。同的应用场合的使用。 变送器和转换器变送器和转换器A/D转换技术转换技术v逐次逼近型、积分型、压频变换型等，主要应用逐次逼近型、积分型、压频变换型等，主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。器中。v分级型和流水线型分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频采集、视频信号量信号量化及高速数字通讯技术等领域。化及高速数字通讯技术等领域。v此外，采用脉动型和折叠型等结构的高速此外，采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC，可应用于广播卫星中的基带解调等方面。可应用于广播卫星中的基带解调等方面。v-型型ADC主应用于高精度数据采集特别是数字主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统音响系统、多媒体、多媒体、地震勘探仪器地震勘探仪器、声纳等电子、声纳等电子测量领域。测量领域。 变送器和转换器变送器和转换器-型型ADC-转换器又称为过采样转换器，它采用增量转换器又称为过采样转换器，它采用增量编码方式编码方式即根据前一量值与后一量值的差值的大小来进行量化编码。即根据前一量值与后一量值的差值的大小来进行量化编码。-型型ADC包