傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)采用基于PC、PL、DAC的集散控制系統(tǒng)，采用I / 0連接方式。傳感器仍然以4 ~ 20m a的模擬電流信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)存在集成能力差、軟硬件開(kāi)放和釋放性差、可靠性和可維護(hù)性差等缺點(diǎn)�，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)集成了控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，代表了當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[1]。支持現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IE C-61158，典型的現(xiàn)場(chǎng)總線有L - w工作總線、PR - F - IB總線、C- A - N總線、H - A - R - T總線等。其中，PRO Luu S現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品市場(chǎng)占有率排名第一。

      PROFIBUS-D P 是現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS協(xié)議的一部分，主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)層(傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) )的高速數(shù)據(jù)傳輸，取代了 24VDC 或 4～20mA 信號(hào)傳輸， 其主站周期讀取從站的輸入信息并周期 向從站發(fā)送輸出信息 ，響應(yīng)時(shí)間為幾百s～幾百m S ，DP從站的最大數(shù)據(jù)傳輸容量為246字節(jié)，其傳輸技術(shù)采用RS-485 雙絞線，傳輸速率為 9． 6 kb it／s~ 12M bit／s[2]

      具有現(xiàn)場(chǎng)總線PRO FIBU S-DP通信接口的傳感器可以作為智能從站直接連接到PRO FU S-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，這給整個(gè)系統(tǒng)的硬件配置和組網(wǎng)帶來(lái)了極大的方便。國(guó)外許多知名廠商已推出具有現(xiàn)場(chǎng)總線通信接口的傳感器產(chǎn)品，如S IE M E N S, P + F公司具有P R O F b U S- d P通信接口的絕對(duì)編碼器、發(fā)射機(jī);E + H公司生產(chǎn)的帶有P R O F b U S-D P通信接口的電磁流量計(jì)[3]。在這一技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)與國(guó)外還有一定的差距。本文采用SIEM E N S公司的專用芯片SPC 3，根據(jù)PRO F IBU S- dp協(xié)議，設(shè)計(jì)了帶有PRO FIB U S- dp通信接口的壓力傳感器的硬件電路和軟件。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

      具有PR O F IBU S- dp通信接口的壓力傳感器硬件電路由壓力傳感器、儀表放大器、二階低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換電路、微處理器M C U、W D T電路、PR O F IBU S- dp協(xié)議芯片pc3、光電隔離、總線驅(qū)動(dòng)等組成。整個(gè)電路以微處理器為核心，對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行采集和處理，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到SPC3的輸入緩沖區(qū)。主站獲得令牌后，從sgpc3的輸入緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)通信。整個(gè)硬件電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

(1)壓力傳感器選用美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的高精度硅壓阻式壓力傳感器100 PX 2 g P,其采用激光微調(diào)技術(shù),電橋零漂輸出小于士lm V;滿量程輸出為40 M V士1。5 m V,靈敏度一致,互換性強(qiáng),采用熱敏電阻組成溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),動(dòng)態(tài)溫度補(bǔ)償效果顯著,精度很高。

(2)儀表放大器差動(dòng)放大器由高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器 CA3140 組成 ，如圖 2 所示．  令 R1 = R2= R 3 =R4 =R5=R 6=R7。

圖 2 壓力傳感器放大濾波電路圖

(3) 二階低通濾波器 二階低通濾波器選用在測(cè)量?jī)x表中常用的塞倫 · 凱(Sauen Key ) 濾波器，其-3dB 的截止頻率為 5 H z，閉環(huán)增益為 1 ， 如圖 2 所示． 二階低通濾波器的主要性能由截止頻率 和品質(zhì)因素 Q 決定， Q 值決定低通濾波器的通頻帶寬度 ，則

(4) A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路采用AD754, AD754為單通道輸入，12位輸出逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度為15 ~ 35s。d75 4輸出具有三態(tài)控制，輸出數(shù)據(jù)可直接掛在數(shù)據(jù)線上，12位數(shù)據(jù)分為高8位和低4位輸出。當(dāng)MCU執(zhí)行外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫指令時(shí)，使C E = 1, C S = 0, R/C = 0，開(kāi)始12位轉(zhuǎn)換有效。通過(guò)P3。0查詢S / T / S終端的每日狀態(tài)。當(dāng)s1 = 0時(shí)，轉(zhuǎn)換完成。之后，當(dāng)C E =1, C S = 0, A0=1時(shí)，讀取高8位;

(5) SPC3及其與CPU的接口電路是SIEM E N S公司生產(chǎn)的一款支持PRO F IBU S- dp協(xié)議的ASSIC S從站智能通信芯片。其主要技術(shù)指標(biāo)如下:獨(dú)立處理PR、F、IB、U、S-D、P協(xié)議。最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12M bit/s，數(shù)據(jù)傳輸速率可自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)節(jié)。兼容80c32、80x86、80c165、80c166、80c167及HC11、HC16、HC91 6系列芯片。44針，PQFP封裝。集成看門狗(W D T)，外部時(shí)鐘接口24M H z或48M H z, 5V直流電源。

      SPC3 內(nèi)部集成了 1.5kbyte 的信息報(bào)文RAM存儲(chǔ)器 、方式寄存器1和方式寄存器O、狀態(tài)寄存器、中斷控制寄存器以及輸入、輸 出緩存器和診斷緩沖器等. 組織參數(shù)可在從16H開(kāi)始的RAM 單元設(shè)置,站地常用的參數(shù)數(shù)據(jù)和狀態(tài)顯示，如地址、用戶看門狗值、設(shè)備符號(hào)號(hào)也可以在本單元中設(shè)置。用戶緩沖區(qū)設(shè)置從40H開(kāi)始。模式寄存器0設(shè)置PRO FIB U S -D - P的工作模式，在離線狀態(tài)下分配，不能上電修改。模式寄存器1也可以設(shè)置和上電后復(fù)位。傳感器從站的地址號(hào)可由主站設(shè)置。如果從站地址不變，則設(shè)R ea 1 - N o - A dd - C h A g = 0 F F h, R - S S A _B U F_P T R = 00 h。SPC 3包含14個(gè)無(wú)優(yōu)先級(jí)的中斷源，通過(guò)中斷掩碼寄存器和中斷響應(yīng)寄存器實(shí)現(xiàn)中斷。對(duì)于新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷和新分配數(shù)據(jù)中斷，不需要中斷響應(yīng)寄存器。用戶可以設(shè)置中斷信號(hào)的極性。診斷分為外部診斷和狀態(tài)診斷。外部診斷要求用戶將用戶數(shù)據(jù)寫入從第7個(gè)字節(jié)開(kāi)始的單元格中。狀態(tài)檢查必須寫入第一個(gè)字節(jié)的0 0H。用戶看門狗計(jì)數(shù)器的初始值可以通過(guò)“R - U - use r_ W - d - V - value”單位設(shè)置。

CPU選用 AT89S52， 31腳接高電平，采用片內(nèi)存儲(chǔ)器, CPU與SPC3的接口電路如圖 3 所示.

圖 3 CPU與AD754、SPC3 的接口電路

(6) 光電隔離及總線驅(qū)動(dòng)器電路RS-485總線驅(qū)動(dòng)器一 側(cè)通過(guò)光耦與SPC3相連，另一側(cè)與9針D型插座相連,RS-485 總線 驅(qū)動(dòng)器選用SN75ALS176， 以滿足12M bit／s 傳輸率，光耦選用 HCPL7 720， 以消除外界干擾， 提 高系統(tǒng)的抗干擾性， 另外電源的電氣 隔離也采用了DC -DC 模 塊 DCP0505，實(shí)現(xiàn)5V到5V的隔離轉(zhuǎn)換。

2 軟件設(shè)計(jì)

      系統(tǒng)上電后，第一步是初始化$89C52和SPC3。$ 89c52的初始化包括設(shè)置定時(shí)器、中斷類類型和中斷優(yōu)先級(jí);SPC 3的初始化包括設(shè)置SPC 3允許的中斷，寫入從站標(biāo)識(shí)號(hào)和地址，設(shè)置SPC 3方寄存器，設(shè)置診斷緩沖區(qū)、參數(shù)緩沖區(qū)、配置緩沖區(qū)、地址緩沖區(qū)和初始長(zhǎng)度。根據(jù)上述初始值，計(jì)算每個(gè)緩沖區(qū)的指針和輔助緩沖區(qū)的指針。在檢查主站的參數(shù)數(shù)據(jù)與主站的參數(shù)數(shù)據(jù)一致后，主站開(kāi)始設(shè)置從站的輸入輸出字節(jié)數(shù)、診斷字節(jié)數(shù)等指標(biāo)，完成從站的設(shè)置。只有當(dāng)主站的配置數(shù)據(jù)與從站的配置數(shù)據(jù)完全匹配時(shí)，從站才能與主站交換數(shù)據(jù)。該過(guò)程在PRO、IBu、DP的狀態(tài)機(jī)制下進(jìn)行[6]。

      SPC 3集成了完整的PRO FIB U S-DP協(xié)議，所以~ 9C52不需要參與DP狀態(tài)機(jī)。$89C52根據(jù)PC3產(chǎn)生的中斷，將PC3接收到的主站發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，單片機(jī)處理后的工程量數(shù)據(jù)通過(guò)SPC3發(fā)送到主站。中斷程序主要用于處理P R_M包、CFG包、SA包等[7]，其流程圖如圖5所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

      帶有PROFIBUS-DP通訊接口的壓力傳感器可作為從站，方便地與PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線主站相連． 經(jīng)過(guò)與西門子 S 7—300 PL C (含 P R O F IB U D P 通訊接 口) 聯(lián)調(diào)測(cè)試 ，該傳感器與 P LC 主站之間數(shù)據(jù)通訊穩(wěn)定可靠，可廣泛應(yīng)用于基于 PR O FIBU S-D P 現(xiàn)場(chǎng)總線的工業(yè)控制系統(tǒng)中．

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班寧產(chǎn)品匯總