傳統的工業控制系統采用基于PC、PL、DAC的集散控制系統，采用I / 0連接方式。傳感器仍然以4 ~ 20m a的模擬電流信號進行數據傳輸，系統存在集成能力差、軟硬件開放和釋放性差、可靠性和可維護性差等缺點。現場總線技術集成了控制技術、計算機技術和網絡通信技術，實現了工業控制系統的數字化、網絡化和智能化，代表了當今工業自動化和過程控制技術的發展趨勢[1]。支持現場總線國際標準IE C-61158，典型的現場總線有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現場總線產品市場占有率排名第一。

      PROFIBUS-D P 是現場總線標準PROFIBUS協議的一部分，主要應用于現場層(傳感器和執行機構 )的高速數據傳輸，取代了 24VDC 或 4～20mA 信號傳輸， 其主站周期讀取從站的輸入信息并周期 向從站發送輸出信息 ，響應時間為幾百s～幾百m S ，DP從站的最大數據傳輸容量為246字節，其傳輸技術采用RS-485 雙絞線，傳輸速率為 9． 6 kb it／s~ 12M bit／s[2]

      具有現場總線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現場總線控制系統，這給整個系統的硬件配置和組網帶來了極大的方便。國外許多知名廠商已推出具有現場總線通信接口的傳感器產品，如S IE M E N S, P + F公司具有P R O F b U S- d P通信接口的絕對編碼器、發射機;E + H公司生產的帶有P R O F b U S-D P通信接口的電磁流量計[3]。在這一技術領域，中國與國外還有一定的差距。本文采用SIEM E N S公司的專用芯片SPC 3，根據PRO F IBU S- dp協議，設計了帶有PRO FIB U S- dp通信接口的壓力傳感器的硬件電路和軟件。

1 硬件電路設計

      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轉換電路、微處理器M C U、W D T電路、PR O F IBU S- dp協議芯片pc3、光電隔離、總線驅動等組成。整個電路以微處理器為核心，對壓力信號進行采集和處理，并將數據發送到SPC3的輸入緩沖區。主站獲得令牌后，從sgpc3的輸入緩沖區中讀取數據，完成數據通信。整個硬件電路的結構框圖如圖1所示。

(1)壓力傳感器選用美國摩托羅拉公司生產的高精度硅壓阻式壓力傳感器100 PX 2 g P,其采用激光微調技術,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,采用熱敏電阻組成溫度補償網絡,動態溫度補償效果顯著,精度很高。

(2)儀表放大器差動放大器由高輸入阻抗集成運算放大器 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量儀表中常用的塞倫 · 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轉換電路A/D轉換電路采用AD754, AD754為單通道輸入，12位輸出逐次逼近型A/D轉換器，轉換速度為15 ~ 35s。d75 4輸出具有三態控制，輸出數據可直接掛在數據線上，12位數據分為高8位和低4位輸出。當MCU執行外部數據存儲器寫指令時，使C E = 1, C S = 0, R/C = 0，開始12位轉換有效。通過P3。0查詢S / T / S終端的每日狀態。當s1 = 0時，轉換完成。之后，當C E =1, C S = 0, A0=1時，讀取高8位;

(5) SPC3及其與CPU的接口電路是SIEM E N S公司生產的一款支持PRO F IBU S- dp協議的ASSIC S從站智能通信芯片。其主要技術指標如下:獨立處理PR、F、IB、U、S-D、P協議。最大數據傳輸速率為12M bit/s，數據傳輸速率可自動檢測和調節。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)，外部時鐘接口24M H z或48M H z, 5V直流電源。

      SPC3 內部集成了 1.5kbyte 的信息報文RAM存儲器 、方式寄存器1和方式寄存器O、狀態寄存器、中斷控制寄存器以及輸入、輸 出緩存器和診斷緩沖器等. 組織參數可在從16H開始的RAM 單元設置,站地常用的參數數據和狀態顯示，如地址、用戶看門狗值、設備符號號也可以在本單元中設置。用戶緩沖區設置從40H開始。模式寄存器0設置PRO FIB U S -D - P的工作模式，在離線狀態下分配，不能上電修改。模式寄存器1也可以設置和上電后復位。傳感器從站的地址號可由主站設置。如果從站地址不變，則設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個無優先級的中斷源，通過中斷掩碼寄存器和中斷響應寄存器實現中斷。對于新參數數據中斷和新分配數據中斷，不需要中斷響應寄存器。用戶可以設置中斷信號的極性。診斷分為外部診斷和狀態診斷。外部診斷要求用戶將用戶數據寫入從第7個字節開始的單元格中。狀態檢查必須寫入第一個字節的0 0H。用戶看門狗計數器的初始值可以通過“R - U - use r_ W - d - V - value”單位設置。

CPU選用 AT89S52， 31腳接高電平，采用片內存儲器, 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) 光電隔離及總線驅動器電路RS-485總線驅動器一 側通過光耦與SPC3相連，另一側與9針D型插座相連,RS-485 總線 驅動器選用SN75ALS176， 以滿足12M bit／s 傳輸率，光耦選用 HCPL7 720， 以消除外界干擾， 提 高系統的抗干擾性， 另外電源的電氣 隔離也采用了DC -DC 模 塊 DCP0505，實現5V到5V的隔離轉換。

2 軟件設計

      系統上電后，第一步是初始化$89C52和SPC3。$ 89c52的初始化包括設置定時器、中斷類類型和中斷優先級;SPC 3的初始化包括設置SPC 3允許的中斷，寫入從站標識號和地址，設置SPC 3方寄存器，設置診斷緩沖區、參數緩沖區、配置緩沖區、地址緩沖區和初始長度。根據上述初始值，計算每個緩沖區的指針和輔助緩沖區的指針。在檢查主站的參數數據與主站的參數數據一致后，主站開始設置從站的輸入輸出字節數、診斷字節數等指標，完成從站的設置。只有當主站的配置數據與從站的配置數據完全匹配時，從站才能與主站交換數據。該過程在PRO、IBu、DP的狀態機制下進行[6]。

      SPC 3集成了完整的PRO FIB U S-DP協議，所以~ 9C52不需要參與DP狀態機。$89C52根據PC3產生的中斷，將PC3接收到的主站發送的數據進行存儲和處理，單片機處理后的工程量數據通過SPC3發送到主站。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 結束語

      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 現場總線主站相連． 經過與西門子 S 7—300 PL C (含 P R O F IB U D P 通訊接 口) 聯調測試 ，該傳感器與 P LC 主站之間數據通訊穩定可靠，可廣泛應用于基于 PR O FIBU S-D P 現場總線的工業控制系統中．

參考文獻

[1] 陽憲惠． 現場總線技術及其應用[M ] ． 北京： 清華大學出版社， 1996 ：1-10

[2] 李正軍． 現場總線盈其應用技術[M ]． 北京；機械工業出版社． 2005 ：321—323．

[3] 唐濟楊． 現場總線(P R O FIB U S) 技術應用指南[z] ． 中國機電一體化技術應用協會現場總線(PR O F IB U S) 專業委員會．1 9 9 8 ： 7 2 -9 0 ．

[4] 丁振生． 傳感及其置控遙測技術應用[M ] ． 北京 ： 電子工業出版社，2003 ：45-52

[5] S IE M E N S ． S P C 3 ．~ e m ens P R O F IB U S C o n tro Ller[' Z -]． F uerth ： S iem ens A G ， 20 00 {6-15．

[6] 方彥軍，薛菲 ，陳梅城． 一種新型熱電偶溫度測量裝置的設計[J]． 傳感器技術，2005(1 1) ；47—49 ．

[7] 李正軍． 基于 PR U S-D P 現場 總線的智能數據采集節點 的設 計[J] ． 山東大學學報 ：工學版 ， 2003 (4) ：430-432．

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