专利名称：一种模拟电流与现场总线信号的智能转换装置的制作方法
技术领域：
本发明属于工业自动化领域，特别涉及现场总线技术在产品上开发应用的一 种模拟电流与现场总线信号的智能转换装置。
背景技术：
现场总线技术在产品上开发应用还没有形成一个品种齐全、功能完善的产品 系列；由于目前存在多种现场总线标准，使得现有的产品还不能完全满足用户的 需要，因此一些暂时市场上还没有的现场总线规格的仪表只能使用常规4 20mA 信号设备。另外一个重要的原因是，对于用户来说，尽管现场总线系统有着这么 多的优点，但工程费用也是他们是否采纳该产品的考虑因素之一。现场总线智能 仪表目前较常规仪表价格高出15%左右，在相对于可以使用非智能仪表的分散控 制系统(DCS)中，即使考虑到接口卡等元件和电缆的节省后，现场总线系统硬 件开支仍可能比使用非智能仪表的DCS有所增加，所以一些用户在不重要的位置 还愿意使用非智能仪表来节省投资。第三，对于项目改造，许多常规4 20raA信 号设备还不能一概废弃，必须利用部分原有的常规4 20mA信号设备，于是一种 "混合型"方案在现阶段是一种极为经济、合理的系统数字化改造的解决方案。 对此， 一个很好的解决的办法是通过一种转换装置将传统的模拟信号仪表"转接" 到现场总线上来，这样，既发挥了现场总线技术的各种优势，同时又大大节省了 成本，特别是对于系统改造用户来说，可以很好地利用现有的模拟信号仪表。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟电流与现场总线信号的智能转换装置，其特征 在于，该智能转换装置是一种将4 20mA标准电流信号转换为WorldFIP现场总 线数字信号的转换装置，即把采集来的4 20mA的模拟电流信号转换为符合 WoradFIP现场总线协议的数字信号，完成与现场总线之间的通信；同时完成实时 计算，就地控制的基本任务，所述智能转换装置包括转换模块、主模块、显示模 块及其软件设计；主模块分别与转换模块、显示模块连接，并且主模块将传统的 模拟信号仪表"转接"到WorldFIP现场总线上；所述主模块包含微处5里器、通信模块及通信接口单元；通信模块的地址总线
A
和数据地址复用总线AD
分别连接微处理器的地址总线A
和 D
，及与微处理器内部存储器片选线接地，两者采用共享512字节存储器的 交换信息。
所述转换模块包括多路开关、信号调理、A/D转换器及信号隔离构成，多路 开关的功能是将多个通道的信号传送道公共数据线上，通过CPU对三个控制管脚 A、 B、 C以及使能信号的控制来选择任意一路从管脚COM端输出，将来自常规仪 表的4 20mA标准信号，经信号调理，转换为适合A/D转换器转换的电压，经信 号隔离后，以数字量的形式送往主模块处理。
所述显示模块选用字符型LCD点阵模块作显示器件；提供LCD显示屏的驱动 信号和一个简单的并行接口与微处理器总线连接；显示模块根据来自主模块的信 号，在显示各种数据的同时还显示各种故障信息。
所述软件设计采用"三模块"法，即通信库、主程序模块、中断子程序 模块；主程序模块是软件设计的核心部分，起着组织和连接其他各模块及子模块 的作用；硬件初始化程序包括RAM自检、堆栈指针的设置、中断优先级及中断矢 量的设置、输入输出端口的配置、对MICROFIP的初始化等；变量的初始化包括 变量和报文的定义以及控制参数的初始值等。
所述A/D转换器在选择时考虑的主要指标为分辨率、量化误差、线性误差、 零位误差及转换时间。
本发明的有益效果，该装置可将仪表控制系统中广泛使用的规4 20mA信号 设备转接到WorldFIP现场总线上，使传统的模拟信号设备融入到网络化的数字 控制系统中，充分利用现有的设备实现了系统的改造，大大降低了成本和投资； 具有如下特点-
1) 该装置具有智能化，具有输入信号自动校正、非线性补偿、数字滤波等 功能，修正和克服了所连接的各类模拟电流设备引进的误差和干扰，从而提高了 装置的的测量转换精度；
2) 该装置具有自测试和自诊断功能，通过现场总线网络可为用户提供诊断 信息，提高了装置自身的信息化程度；3)具有可扩展的就地控制功能，装置內设计了基于功能块组态技术的功能 块应用软件，为基于现场总线技术的全分布式控制的实现创造了条件。
图1为智能转换装置的结构。
图2为转换模块结构和组成。
图3模拟/数字转换器ADS1110。
图4为AT91M40800结构。
图5为主模块的微处理器子模块设计图。
图6为智能转换装置的通信子模件。
图7为微处理器模件与通信子模件的连接电路。
图8为显示模块与主模块的微处理器子模块的连接电路。
图9为主程序模块流程图。
图IO为定时中断子程序流程。
图11为显示程序子模块及其初始化。 图12为通信中断子程序流程。
图13为装置内部存储器划分的4个区域。
图14为装置中的功能块指令码结构。
图15为装置中的连接指令码结构。
图16装置内部存储器中的数据分区和调用关系。
具体实施例方式
本发明提供一种模拟电流与现场总线信号的智能转换装置。图1所示为智能 转换装置的结构。所述智能转换装置包括转换模块、主模块、显示模块及其软件 设计。主模块分别与转换模块、显示模块连接，并且主模块将传统的模拟信号仪 表"转接"到WorldFIP现场总线上，下面结合附图对本发明予以说明。该智能 转换装置是一种将4 20mA标准电流信号转换为WorldFIP现场总线数字信号的 转换装置，即把采集来的4 20mA的模拟电流信号转换为符合WorldFIP现场总 线协议的数字信号，完成与现场总线之间的通信；同时完成实时计算，就地控制 的基本任务，l.转换模块
转换模块的主要功能是将来自常规仪表的4 20mA标准信号，经过信号调理， 转换为适合A/D转换器转换的电压，经信号隔离后，以数字量的形式送往主模块 处理。其中多路开关的功能是将多个通道的信号传送道公共数据线上。本设计选 用的多路转换器MUX采用Fairchild公司生产的八选一芯片CD4051BC，可以从八 路模拟量输入中，通过CPU对三个控制管脚A、 B、 C以及使能信号的控制来选择 任意一路从管脚COM端输出。A/D转换器在选择时应考虑的主要指标为分辨率、 量化误差、线性误差、零位误差、转换时间等。综合以上各种指标，在装置中采 用了 16位的模拟/数字转换器ADS1110，可充分保证转换精度。如图3所示。
ADS1110包含一个2.048V的参考电压，经常作为A/D转换器的参考电压，不 能连接外部电压。ADS1110的参考电压只能内置，不能直接检测或被外部电路使 用。输出代码为一个标准值，除去与量程不符合等原因之外，与两个模拟量输入 端间的电压成正比。输出端代码限定在一个有限的范围，该范围由所需表示代码 的位数确定。可用以下公式表示-
o啤Mlrc^e = -lxM!'"CWe x PQ^4x ( ^+)~( )
2厕
2.主模块包含微处理器、通信模块及通信接口单元-(1)微处理器
在用户微处理器的选择上，选用ATMEL公司的AT91M40800，集成了 ARM7TDMI 核、嵌入式ICE接口，存储器以及外围部件(如图4所示)，AT91M40800内部主 要有两条总线先进系统总线(Advanced System Bus)和先进外围总线APB
(Advanced Peripheral Bus) 。 ARM7T画通过ASB接口实现与片内32位存储器、 外边总线接口 EBI以及AMBA桥的互连。AMBA桥用来驱动APB; APB用于访问片内 外围，优化系统功耗。其核心为高性能的32位精简指令集(RISC, Reduced Instruction Set Computer)体系结构，并具有高密度的16位指令集和极低的功 耗，此外其内部大量的分组寄存器适于快速中断处理，非常适用于实时控制应用。
在设计时充分考虑了用户微处理器的通用性以及功能的可扩展性。在主模块的微控制单元板上扩展了 256KB)U6Bit FIash、 256KBX16bit SRAM和16 KB EEPR0M。其中Flash主要用于存放应用程序，EEPROM用于存放装置的组态数据。 扩展了20个并行接口，其隔离中有四个并行接口用高速光耦6N137隔离，三个 作为微处理器的隔离输出， 一个作为微处理器的输入，这4个并行接口用作与D/A 或A/D的接口 (实现SPI功能)。并且在微处理器板上设计了一个隔离的+5V和一 5V电源，用来给输入输出板需要隔离供电的器件供电。主模块的微处理器设计图 如图5所示。
(2)通信模块
通信模块的设计主要是WorldFIP现场总线通信模块及其链路器件的选择和 连接。针对不同的现场需要，有多种类型的WorldFIP现场总线通信控制器可供 选择，对于功能较为简单、通信数据量较小的通信单元如智能传感器、智能调节 器或现场PLC，可以选择低成本并且易于使用的MICROFIP芯片；对于需要功能完 善、通信数据量较大通信单元如通信控制单元，则可以选择FULLFIP2芯片。本 专利所设计的智能转换装置在连入WorldFIP现场总线网络后作为基本站使用， 故通信控制器采用MICROFIP芯片作为通信控制器，MICROFIP芯片没有总线仲裁 以及相应的网络管理功能，但由于其低成本且非常容易使用，因此非常适合于 WorldFIP基本站的开发；考虑到WorldFIP现场总线通常采用总线冗余，故配置 两路总线驱动器件FIELDR工VE和总线隔离变压器FIELDTR与两路WorldFIP总线 连接。FILEDRIVE元件是一组完全集成的总线驱动电路，用来提供通信器件与电 隔离变压器之间的接口，它集成了一个总线驱动器， 一个总线接收器， 一组传送 错误检测电路， 一个监视接口和一组检测接口电路。并且检测由于介质故障造成 的发送超时，由于介质短路引起的过载等故障状态；FIELDTR提供了FIELDRIVE 总线驱动器和现场总线物理介质之间的电隔离。针对不同的通信速率，有31.25k、 1M、 2. 5M三种规格，MICROFIP及FIELDRIVE本身支持多种速率,只需改变隔离 变压器以及FIELDRIVE外围电路参数就可以实现网络升级，无需更换通信电缆。 我们在设计中采用了 1M的通信配置。通信通信模块的组成如图6所示。(3)微处理器与通信模块的连接
MICROFIP的地址总线A
和数据地址复用总线AD
分别与 AT91M40800的地址总线A
和D
相连，MICROFIP的内部存储器片选信号 线接地，两者采用共享512字节存储器的交换信息。通信控制器MICROFIP选用 微处理器工作模式，通过一条中断申请信号线向微处理器申请中断；当在 WoridFIP网络上接收使用变量、发送生产变量、传输消息及收到同步标识时均会 触发中断。微处理器与通信模块的连接电路如图7所示。
3. 显示模块
显示模块选用LCD显示模件。LCD模块根据来自主模块的信号，根据需要， 可以显示各种可能的数据，同时还可以显示各种故障信息等。在本装置中采用了 一种字符型LCD点阵模块HD44780,可提供LCD显示屏的驱动信号和一个简单的 并行接口与微处理器总线连接，它的体积小、重量轻、功耗低、可靠性高。可显 示5X7点字型192种字符，5X10点字型32种字符，可自编8 (5X7点)或4 (5X10点)种字符。该模块的指令功能强，可组合成各种输入、显示、移位方 式以满足不同的要求，显示的形式也很灵活，有许多不同规格，可以显示不同行， 每行可以显示不同个字符数。本装置选用可以显示2行，每行可以显示8个字符 的模块，其中每个字符使用5X7点阵的象素显示。
显示模块接口电路简单，带有8X8bitRAM，工作温度宽，在0 5(TC范围 内。LCD显示模件由液晶板、LCD驱动器HD44100和控制器组成。驱动器HD44100 是低功耗CMOS技术的LCD驱动芯片，它即可以当行驱动用，也可以作为列驱动 使用，由20X2bit数据锁存器和20X2bit驱动器组成。
显示模块的引脚包括8位数据信号DB[7:0]和三路控制信号:读写信号R/W, 片选信号E，寄存器选择信号RS。显示模块与主模块的微处理器子模块的连接电 路如图8所示。
4. 软件设计
智能电流一现场总线转换器的软件设计采用"三模块"法，艮卩..通信库、主 程序模块、中断子程序模块。主程序模块是软件设计的核心部分，起着组织和连
接其他模块及其子模块的作用。因釆用ARM7系列处理器AT91iM0800作为用户微处理器模件，以深圳市英蓓特信息技术有麼公可开发的Embest IDE (Embest Integrated Development Environment)为开发平台，采用C语言编写禾呈序。
(1)主程序模块 主程序模块流程如图9所示。
硬件初始化程序包括RAM自检、堆栈指针的设置、中断优先级及中断矢量的 设置、输入输出端口的配置、对MICROFIP的初始化等；变量的初始化包括变量 和报文的定义以及控制参数的初始值等。
装置上电后主要进行如下几个初始化过程
首先对RAM区进行自检，RAM区主要存储釆样数据、计算数据和网络变量及 报文；
对每个存储单元分别写入特征数据后再读出，如果写入的内容和读出的内容 一致说明这个存储单元读写功能正常；
自检完毕后对软件系统进行初始化，包括堆栈指针的设置、中断优先级的设 置及中断矢量的配置，还包括输入输出断口的配置。装置的通信部分采用中断方 式，包括现场保护通信处理分支程序以及现场的恢复。
进行应用程序变量的初始化，包括起始输入通道的选择、变量和消息的定义 以及控制参数的初始值；
对MICROFIP进行初始化。主要是组态MICROFIP的网络配置信息、设备的识 别信息以及智能压力变送器的变量配置信息。其中网络配置包括装置的用户号配 置(0 255)， MICROFIP芯片在微控制器内存分配空间的地址，MAU的类型 (FIELDRIVE类型)，帧分界符的格式(可选IEC型格式)，总线速率(可设计为1M)， 设置中断允许标志位变量的提示和更新周期等。识别信息为含有用户标识的 MF-IDENTIFICATION类型的用户变量，它定义了现场设备的互操作版本号，当前 软件的版本号等信息。变量配置信息包括变量var7分配标识号类型，变量var5 的提示周期，变量varl， var3， var7的提示周期，变量var6的更新周期，变量 var0， var2， var4的更新周期根据，sel—idg的设置(变量Var7的标识号类型) 为其Var7赋标识号，设置同步标识号，分配8个变量的字节数(共120个字节)。本专利采用〔"++语舎编程，调用MICROF PHANLDER通信库中的用户接口函 数，在应用上极为方便，提高了软件开发的效率。对于MICR0FIP的初始化可通 过调用函数mf—initial ize_network()实现。
(2)中断服务模块包括定时器中断子模块、通信中断子模块。 a.用于数据处理的定时中断子模块
AT91M40800中集成了一个定时器/计数器模块，此模块包含3个完全相同 的16位定时器/计数器通道。由微处理器模块定时循环选择通道号，选取其中 一路进行数据处理。待处理的模拟信号到达A/D输入端后，启动模数转换，并分 两次读入转换后的数据，最后将数据转换成与量程一致的物理信号。定时中断子 程序流程如图IO所示。
微处理器集成了一个定时器/计数器TC(Timer/Coimter)模块，此模块包含3 个完全相同的16位定时器/计数器通道。因此采用TC0通道来控制通道数据的循
环采样和处理。定时器初始化程序如下描述
void timerOini ()
tag二l;〃循环显示四组数的标志位 unsigned int temp;
PS—PCER^OxlO;〃节能模块中定时器0时钟开
PI0—PDSRK)x06;〃关并口 TIOA0和TI0B0
TC0—CCR=0x02; 〃禁止定时器0时钟
TC0—IDI^0xFF;〃禁止定时器0中断
temp=TC0—SR; 〃读状态寄存器
TC0—C服^x0000c004;〃设置TCO工作模式
TCO—CCR=0x01; 〃允许时钟
TCO—RC二0x7al2;〃写RC寄存器值
AICJDCI^OxlO;〃禁止中断，TCOIRQ
〃保存中断处理函数指针，AIC_SVR4= (unsigned" iivt」asBr_time—inr_handler: 〃定时器0的中断号为4。
AIC—SMR4=0x24; 〃保存中断类型和优先级
AIC—ICCR=0xl0; 〃清除中断标志
AIC—IECR=0xl0; 〃允许中断
TCO—IER:0xl0; 〃开定时器0 RC比较中断
TCO—CCR二0x4; 〃软件触发定时器0
AD转换器ADSlllO为BURR—BRO丽公司的16位串行模数转换器，通过
与lt兼容的串行接口与微控制器连接。根据代总线数据传输的特点，读取A/D
转换后的数字编码的程序描述为
unsigned short adrdresult()
unsigned char co咖andh， j; unsigned int b;
PIO—CODR=ADSCL|ADSDAO;〃 AD I2C时钟线
adstart():〃启动AD转换，根据I2C总线的特点，给出对应的时钟线和数
据线信号， cominandh=0x91;
adshf8out (commandh);〃将co誦andh右移八位输出 adsll00ack() ;〃I2C总线应答信号 PI0 S0DR=M)SDA0; for(j:0;j〈24;j++)
if(j==8| 1X6)
masterack(): b=b*2; eedelay(1);PIO_SODR=ADSCL, eedelay(1);
b+=(PIO—PDSR》19)&0x01: eedelay (1);
mastemck(); adstop(); b》8; return (b);
标度变换是根据实际的物理量程，将所得到的AD转换码，通过以下公式计
算得到，具体转换公式为
chwl=-^-* + e似d
式中
chwl表示某一通道的实际物理量
adma表示该通道的模拟量转换后的数字量
4maadma表示4mA对应的数字量
20maadma表示20mA对应的数字量
chic表示该通道的量程大小
chlcxx表示该通道量程的下限。
b.显示模块
显示模块在定时中断子模块中，可实现定时循环显示4个通道的电流采样数 据。装置的所有显示功能均受微处理器模件的控制。显示数据存储器(DDR雇)与 显示屏幕的物理位置一一对应。当对DDRAM中的某一单元写入一个字符的编码时， 该字符就在对应的位置显示出来。字符编码是要写入DDRAM中的数据，也就是字 符产生器的地址。液晶模块为编程器件，所有显示功能均由指令控制实现。显示 模块子程序，开始必须进行初始化，否则模块无法正常显示。为了确保正确显示，必须按一定的时序进行，及始化，这些初始化指令设置数据总线宽度，字型，显示 方式，除此之外，还包括LCD清显示屏，字符输入模式的设置。显示程序子模块 及其初始化如图ll所示。在程序的开始部分，首先根据规定的时序对显示模块 进行初始化，然后根据需要送相应的功能码，确定总线位数，显示行数，每位字
符的显示模式(5X7点阵)，光标模式，增量模式等，然后从显示存储单元读取 待显示的数据(模拟电流值)送往液晶显示模块的数据存储器。
c.通信中断子模块
通信中断子模块处理MICROFIP相关的网络通信，如变量数据的发送和接收、 报文的发送和接收等。
在使用MICR0FIP时，首先要在主程序中调用MICR0FIP Handler通信库的初 始化函数mf—initialize—network(&VS—Configuration, &VS—Identification)对 WorldFIP现场总线网络进行初始化，包括装置的网络配置信息和组态识别信息。 当微处理器接收到MICR0FIP的中断请求时，首先査询MICR0FIP的中断寄存器， 根据中断寄存器的状态字识别引起中断的原因，然后进行相应的事务处理，包括 向总线发送生产者变量、从总线接收消费者变量、发送报文、接收报文以及信息 的同步处理。通信中断子程序流程如图12所示。
通信中断处理程序的大部分工作是实现中断处理函数，将在相应中断发生时 被用户微处理器调用。实现时首先应在用户程序中设置来自MICR0FIP中断的中 断矢量并在用户程序中实现MICROFIP中断处理子程序。中断处理子程序应包含 如下内容
*调用mf—read—interrupt—register ()函数查询MICR0FIP的中断寄存器，根据 中断寄存器的状态字识别引起中断的原因；
*进行相应的事务处理，包括调用mfjar一write一loc()函数向总线发送生产者 变量的数据；调用mf—var—read—loc()从总线接收消费者变量；调用 mf—send—message ()或mf—read—message ()发送报文接收报文。 生产者变量用于向总线传送转换为数字信息的模拟电流数据；消费者变量用
于从总线上接收各种控制信息；报文主要完成对本装置的的配置组态以及故障诊
断操作等。5.功能块应用设计
本装置主要作为基于WorldFIP现场总线技术的分布式智能控制网络中的现 场节点使用，装置结构紧凑简明，内部存储器容量较小；同时，其处理器性能也 不及上位机，这就决定了用户组态的指令码和数据集在装置中的存储结构必须是 连续存储的、可快速访问的。
在装置内设计实现的功能块应用中，装置内的存储器内被划分为4个区域， 用于存储上位用户下载的组态数据。这4个区域分别为功能块指令区、功能块
输入端区、功能块输出端区、功能块内含参数区，分别对应功能块应用中的功能 块操作指令、功能块输入端口、功能块输出端口、功能块内含参数。所有功能块 指令被集中存储到指令区、所有功能块输入端被集中存储于输入端区，所有功能 块输出端被集中存储于输出端区、所有功能块内含参数被集中存储于内含参数
区。如图13所示。
4个不同的区内的数据存储结构互不相同，在装置的内存空间中对应建立四 个区域的指针数据，分别指向指令区、输入参数区、输出参数区、内含参数区的 首地址，以便于功能块应用中的指令的执行。
指令区存储结构
指令区存储着两种类型的指令码功能块指令和连接指令。功能块指令和连 接指令在指令区内是等量混合存储的，每个指令块的第一字节都是指令标志，下 位设备在指令区内扫描指令时，可以根据不同的指令标志对块内的各个字段作出 不同的解释和处理，并将指令区指针向后移动不同的单位， 一直重复这个过程， 直到读取到的指令标志为"指令段结束标志"为止。
指令码结构如图14所示，其中各字段如下意义
flag:功能块指令标志；
FB一type:功能块类型，表征该功能块所实现的算法或功能，如PID运算；
in—index:该功能块输入端在本节点输入端区内的起点索引值；
out—index:该功能块输出端在本节点输出端区内的起点索引值
offset:该功能块的内含参数在本节点内含参数区内的起点字节偏移量；
连接元素模型的指令码结构如图15所示。其中各字段如下意义flag:连接元素指令标志；
cnitjndex:连接元素的起点功能块在本节点输出端区内的起点索引值； addr:连接元素所连接的终点功能块所在现场智能节点地址，当该功能块处
于本节点内时，该字段值为255;
in一index:连接元素所连接的终点功能块在目标节点中输入端区内的起点索引值.
功能块输入/输出区存储结构
装置运行中以浮点运算为主，并且考虑到数据格式的工整，统一使用4字节 结构为一 1/0数据的存储单元，例如浮点型的输入输出数据和布尔型的输入输出 数据都使用4字节表征。在上位编译时只是形成一个下位设备输入、输出区域的 数量值，其内存区域的初始化在组态下载完毕后由装置自行实现。每个4字节的 输入输出数据在输入输出参数区使用索引值来标识。输入输出数据的索引值与以 字节为单位的物理地址的关系为
P—Addr=P—Addr—Start十I=f=4 其中P_Addr为输入输出数据以字节为单位的物理地址；I为输入输出数据的索引 值；P—Addr一Start为功能块输入输出区数据的首地址措针值。 功能块内含参数区存储结构
功能块内含参数类型多样，不可能找到一个经济而灵活的单一数据结构作为 存储单元，所以统一使用字节作为数据存储单元。多个参数之间相邻排列，以偏 移量和数据长度(字节数)来寻址各个参数，可大大提高内存使用率。
装置中各个区域的数据都是紧凑存储的，除内含参数外都采用数组作为各区 数据的存储形式，内含参数使用字节组来存储数据。其中输入输出区的数组元素 数据使用的是双字DWORD类型(4字节)存储；指令在指令区内是等量混合存储 的，其数据结构定义为
typedef union COMMAND—FOR—DEVICE
FBINF0—FOR—DEVICE fbinfo—for—device; LINKINF0—F0R_DEVICE 1inkinfo一for—device;typedef struct FBINFO—FOR—DEVICE
BYTE flag; BYTE fb一type; WORD in—index; WORD out—index; WORD offset;
typedef struct LINKINFO—FOR—DEVICE
BYTE flag; WORD out—index; BYTE addr; WORD in—index;
综上所述，装置内部的数据分区和调用关系以一PID控制的功能块应用编译 后形式为例，如图16所示。图中"(4)"表示字节数为4。
权利要求
1.一种模拟电流与现场总线信号的智能转换装置，其特征在于，该智能转换装置是一种将4～20mA标准电流信号转换为WorldFIP现场总线数字信号的转换装置，即把采集来的4～20mA的模拟电流信号转换为符合WorldFIP现场总线协议的数字信号，完成与现场总线之间的通信；同时完成实时计算，就地控制的基本任务，所述智能转换装置包括转换模块、主模块、显示模块及其软件设计；主模块分别与转换模块、显示模块连接，并且主模块将传统的模拟信号仪表“转接”到WorldFIP现场总线上。
2.根据权利要求1所述模拟电流与现场总线信号的智能转换装置，其特征在 于，所述主模块包含微处理器、通信模块及通信接口单元；通信模块的地址总线 A< 0:8]和数据地址复用总线AD
分别连接微处理器的地址总线A
和 D
，及与微处理器内部存储器片选信号线接地，两者采用共享512字节存储 器的交换信息。
3. 根据权利要求1所述模拟电流与现场总线信号的智能转换装置，其特征在 于，所述转换模块包括多路开关、信号调理、A/D转换器及信号隔离构成，多路 开关的功能是将多个通道的信号传送道公共数据线上，通过CPU对三个控制管脚 A、 B、 C以及使能信号的控制来选择任意一路从管脚COM端输出，将来自常规仪 表的4 20mA标准信号，经信号调理，转换为适合A/D转换器转换的电压，经信 号隔离后，以数字量的形式送往主模块处理。
4. 根据权利要求1所述模拟电流与现场总线信号的智能转换装置，其特征在 于，所述显示模块选用字符型LCD点阵模块作显示器件；提供LCD显示屏的驱动 信号和一个简单的并行接口与微处理器总线连接；显示模块根据来自主模块的信 号，在显示各种数据的同时还显示各种故障信息。
5.根据权利要求1所述模拟电流与现场总线信号的智能转换装置，其特征 在于，所述软件设计采用"三模块"法，即通信库、主程序模块、中断子程序 模块；主程序模块是软件设计的核心部分，起着组织和连接其他模块及其子模块 的作用；硬件初始化程序包括RAM自检、堆栈指针的设置、中断优先级及中断矢量的设置、输入输出端口的配置、对組CROFiP的初始化等；变量的初始化包括 变量和报文的定义以及控制参数的初始值等。
6.根据权利要求3所述模拟电流与现场总线信号的智能转换装置，其特征在 于，所述A/D转换器在选择时考虑的主要指标为分辨率、量化误差、线性误差、零位误差及转换时间。
全文摘要
本发明公开了属于工业自动化领域的一种模拟电流与现场总线信号的智能转换装置。该智能转换装置把采集来的4～20mA的模拟电流信号转换为符合WorldFIP现场总线协议的数字信号，完成与现场总线之间的通信；同时完成实时计算，就地控制的基本任务，所述智能转换装置包括转换模块、主模块、显示模块及其软件设计；主模块分别与转换模块、显示模块连接，并且主模块将传统的模拟信号仪表“转接”到WorldFIP现场总线上。该装置具有智能化，具有输入信号自动校正、非线性补偿、数字滤波等功能，具有自测试和自诊断功能，修正和克服所连接的各类模拟电流设备引进的误差和干扰，从而提高了装置的测量转换精度，提高了自身的信息化程度。
文档编号G05B19/418GK101604163SQ200910088490
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者文 李, 杨国田, 庚 梁, 焰 白 申请人:华北电力大学