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基于FPGA的智能变送器的设计与实现
2012/9/18 19:05:15
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跟着产业主动化节制手艺的成长，自控程度愈来愈高，对过程参数节制精度要求愈来愈严，要求变送器表不但精度高，并且要功能多、不变靠得住、能精确传送过程参数(压力、差压、绝压、流量)、抗干扰能力强、利用保护简单，并能与节制器、履行器等设备构成功能强大年夜的节制系统，实现通信和过程的主动节制。所以，畴昔的变送器因为受测量道理和通信所限，很难实现这类高精度节制要求，是以，自但是然地产生了道理先进具有通信功能的智能变送器。这类先进的智能变送器集现代科技与一身，是微电子手艺、紧密机械加工手艺、计较机手艺和现代通信手艺完美连络的产品，能实现过程节制的多种要求，鞭策了全部自控手艺的向前成长。先进的智能变送器是产业过程节制手艺成长的需要，也是工艺过程实现高精度节制的必须，具有很好的市场远景。
本文按照产业利用的实际需要和收集通信成长的功能要求，提出了基于FPGA智能变送器节制系统的整体方案，硬件系统设计、软件设计。该设计实现了系统MCU主控模块、数据汇集模块、电源节制模块、数据措置模块、数据通信模块等硬件电路，并给出了系统软件流程图，重点阐述了数据汇集和数据摹拟输出节制电路的FPGA实现，具体阐述了系统各模块电路的构成道理和实现编制，给出了全部电路系统的道理图，并建造了印刷电路板。连络XILINX公司的ISE10．1设计软件给出了模／数转换、数／模转换的仿真成果，验证了系统功能。
1智能变送器的整体设计
本智能变送器由前端旌旗灯号调度电路、高速A／D采样电路、数字旌旗灯号措置电路、摹拟输出电路和数字输出电路构成。如图1所示。
阐发分歧类型的传感器，其输出旌旗灯号可分为电流旌旗灯号、电压旌旗灯号和电荷旌旗灯号3大年夜类，响应地设计了3种旌旗灯号调度电路。以大年夜型设备振动监测项目为例，县体的传感器有加快度、速度 德鲁克压力变送器 和位移传感器。选择分歧的前端旌旗灯号调度电路，变成同一规格的电压旌旗灯号供后面的A／D采样。
A／D采样部分对前端电路的输出电压旌旗灯号进行采样。A／D采样芯片采取ADI公司的AD7264，AD7264是双通道同步采样、14-bit、高速、、逐次逼近型模数转换器，采取5V单电源供电，采样速度高达1MSPS。A／D采样电路与前端旌旗灯号调度电路用同一隔离电源供电，与后级数字旌旗灯号措置电路隔离。AD7264的数据接口为串行接口，便于隔离措置。
数字旌旗灯号措置电路选择带有CPU软核的FPGA。FPGA是智能式变送器的核心，它不单能对采样数据进行计较、存储和数据措置，还可以经由过程反馈回路对传感器进行调度。在全部系统中，FPGA首要实现对系统的节制和数据的预措置。
智能式变送器有两种输出编制：摹拟输出和数字输出。数字输出将措置后的旌旗灯号直接输出，经由过程CAN接口、TCP／IP接口传给上位机。摹拟输出经由过程DAC芯片将旌旗灯号转换成标准电压电流旌旗灯号输出。
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