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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為重要的測量參數(shù)之一，現(xiàn)場大多數(shù)設(shè)備的可靠、穩(wěn)定的運行離不開對其溫度的監(jiān)視與控制。而PILZ溫度變送器是一種采集溫度信號并把它轉(zhuǎn)換成為標準電流信號且具有總線通信功能的儀器，它的可靠性、精確性、智能性是當前PILZ溫度變送器研發(fā)的重點。

基于FPGA的智能PILZ溫度變送器的研究
隨著當今世界自動化技術(shù)的快速發(fā)展和微電子技術(shù)的進步,以及現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用逐漸成熟,在生產(chǎn)過程中自動的檢測技術(shù)的應(yīng)用也是越來越廣,對生產(chǎn)中的信號采集,傳輸和數(shù)據(jù)處理要求也是越來越高。而在自動檢測中智能儀表的應(yīng)用也是*,對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，并對以往的單片機和DSP的智能PILZ溫度變送器方案的優(yōu)缺點進行了分析和研究，發(fā)現(xiàn)其存儲空間和數(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)計方案與其優(yōu)勢之處。從硬件、SOPC技術(shù)和軟件系統(tǒng)三個方面分別對本設(shè)計進行了詳細論述。該變送器具有接受各種型號的熱電阻、熱電偶和毫伏信號，熱電偶冷端溫度補償，輸入輸出信號零點滿度自校準，信號狀態(tài)自檢測，上位對其內(nèi)部參數(shù)設(shè)定等功能。它利用了SOPC技術(shù)的特點，在FPGA內(nèi)部用硬件邏輯資源實現(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高的可靠性,穩(wěn)定性和檢測精度,而且要求其具有自動化,多功能和智能化的發(fā)展。由于現(xiàn)場總線技術(shù)的具有開放性數(shù)字式和多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)的特點?，F(xiàn)場總線技術(shù)是實現(xiàn)數(shù)字化發(fā)展的必然趨勢。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。所以必然實現(xiàn)模擬到數(shù)字的過渡,因而HART協(xié)議的運用,是實現(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)標準。主要研究了符合HART通信協(xié)議下的智能儀表進行模擬信號與數(shù)字信號的實時傳輸,研究和設(shè)計了智能的PILZ溫度變送器系統(tǒng)。該設(shè)計主要在HART協(xié)議的基礎(chǔ)上,首先詳細的介紹了智能變送器各硬件模塊并設(shè)計了變送器系統(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。然后對該系統(tǒng)的軟件進行了設(shè)計。對溫度漂移和非線性的補償校正,使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行了校正和補償,使該系統(tǒng)的測量精度極大的提高。對智能變送器的現(xiàn)場通信和系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置及調(diào)試進行了重點介紹。同時還對該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和硬件調(diào)試中遇到的問題進行分析和總結(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)的單片機和DSP方案，具有數(shù)據(jù)處理速度快，存儲空間小，資源配置合理，開發(fā)周期短等優(yōu)點。zui后分別在Nios Ⅱ處理器中用實驗在存儲空間，線性化速度、系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)精度四個方面對查表法、浮點計算法、軟件實現(xiàn)的線性插值法、硬件實現(xiàn)的線性插值法等溫度線性化處理算法進行了對比，并驗證了該方案的優(yōu)勢。結(jié)尾對該智能PILZ溫度變送器的進一步工作進行了總結(jié)和展望。