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基于FPGA的智能PILZ溫度變送器的研究
智能儀器的出現(xiàn)大大提升了傳統(tǒng)儀器的性能與應(yīng)用范圍，并廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。在工業(yè)控制領(lǐng)域，溫度是其中*且zui為重要的測(cè)量參數(shù)之一，現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)設(shè)備的可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行離不開對(duì)其溫度的監(jiān)視與控制。而PILZ溫度變送器是一種采集溫度信號(hào)并把它轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)且具有總線通信功能的儀器，它的可靠性、精確性、智能性是當(dāng)前PILZ溫度變送器研發(fā)的重點(diǎn)。

基于FPGA的智能PILZ溫度變送器的研究
隨著當(dāng)今世界自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展和微電子技術(shù)的進(jìn)步,以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用逐漸成熟,在生產(chǎn)過程中自動(dòng)的檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用也是越來越廣,對(duì)生產(chǎn)中的信號(hào)采集,傳輸和數(shù)據(jù)處理要求也是越來越高。而在自動(dòng)檢測(cè)中智能儀表的應(yīng)用也是*,對(duì)智能儀表的要求也是越來越高。闡述了智能儀器的一般工作原理，并對(duì)以往的單片機(jī)和DSP的智能PILZ溫度變送器方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析和研究，發(fā)現(xiàn)其存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)處理速度矛盾的現(xiàn)狀，以及其它的一些不足之處，并提出的基于Nios Ⅱ軟核處理器的智能PILZ溫度變送器的設(shè)計(jì)方案與其優(yōu)勢(shì)之處。從硬件、SOPC技術(shù)和軟件系統(tǒng)三個(gè)方面分別對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)論述。該變送器具有接受各種型號(hào)的熱電阻、熱電偶和毫伏信號(hào)，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償，輸入輸出信號(hào)零點(diǎn)滿度自校準(zhǔn)，信號(hào)狀態(tài)自檢測(cè)，上位對(duì)其內(nèi)部參數(shù)設(shè)定等功能。它利用了SOPC技術(shù)的特點(diǎn)，在FPGA內(nèi)部用硬件邏輯資源實(shí)現(xiàn)了處理器和各種外設(shè)的控制器與接口，并利用Nios Ⅱ自定制指令功能，定制了溫度線性化算法模塊和中值濾波模塊，以加速該智能PILZ溫度變送器的數(shù)據(jù)處理速度。不僅要求其具有相當(dāng)高的可靠性,穩(wěn)定性和檢測(cè)精度,而且要求其具有自動(dòng)化,多功能和智能化的發(fā)展。由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的具有開放性數(shù)字式和多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是考慮到目前上傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng)域中基于4~20mA的模擬設(shè)備依然在廣泛的應(yīng)用。所以必然實(shí)現(xiàn)模擬到數(shù)字的過渡,因而HART協(xié)議的運(yùn)用,是實(shí)現(xiàn)這一過渡的zui有力的工具。 HART協(xié)議是一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。經(jīng)過多年的發(fā)展,HART技術(shù)在國外已經(jīng)十分成熟,并已成為智能儀表的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。主要研究了符合HART通信協(xié)議下的智能儀表進(jìn)行模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸,研究和設(shè)計(jì)了智能的PILZ溫度變送器系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)主要在HART協(xié)議的基礎(chǔ)上,首先詳細(xì)的介紹了智能變送器各硬件模塊并設(shè)計(jì)了變送器系統(tǒng)的硬件模塊包括微處理系統(tǒng)模塊、傳感器模塊及通信模塊、D/A和A/D模塊。然后對(duì)該系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)溫度漂移和非線性的補(bǔ)償校正,使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了校正和補(bǔ)償,使該系統(tǒng)的測(cè)量精度極大的提高。對(duì)智能變送器的現(xiàn)場(chǎng)通信和系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置及調(diào)試進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。同時(shí)還對(duì)該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和硬件調(diào)試中遇到的問題進(jìn)行分析和總結(jié)。

基于FPGA的智能PILZ溫度變送器的研究
智能PILZ溫度變送器相比傳統(tǒng)的單片機(jī)和DSP方案，具有數(shù)據(jù)處理速度快，存儲(chǔ)空間小，資源配置合理，開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。zui后分別在Nios Ⅱ處理器中用實(shí)驗(yàn)在存儲(chǔ)空間，線性化速度、系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)精度四個(gè)方面對(duì)查表法、浮點(diǎn)計(jì)算法、軟件實(shí)現(xiàn)的線性插值法、硬件實(shí)現(xiàn)的線性插值法等溫度線性化處理算法進(jìn)行了對(duì)比，并驗(yàn)證了該方案的優(yōu)勢(shì)。結(jié)尾對(duì)該智能PILZ溫度變送器的進(jìn)一步工作進(jìn)行了總結(jié)和展望。