专利名称：一种ff h1现场总线温度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及现场总线技术领域，特别涉及一种FF Hl现场总线温度测量装置。
背景技术：
基金会现场总线(FF，FOUNDATION Fieldbus)是一种全数字的、双向传输、多点通 讯、支持总线供电、用于连接智能设备和自动化系统的通讯链路。FF现场总线可视作一种基 于现场的局域网(LAN)，用于连接各种仪表、阀门定位器等智能设备，其自身可向整个网络 提供控制应用程序。FF Hl现场总线是专门用于过程自动化的低速总线，通信速率为31. 25Kbps，传输 信号采用曼彻斯特编码，支持总线供电，并提供本质安全。FF Hl现场总线的拓扑结构可采 用总线型、树型和菊花链型，在同一网段可以是混合型拓扑结构。现有的温度变送器采用4 20mA传输技术，每一个测点至少需要2根电缆，而分 散型控制系统往往有几百、几千甚至上万个测点，因此，需要的电缆数量是惊人的。电缆的 敷设、查验及维护需要花费大量的人力、物力和财力，电缆本身的成本也相当高，甚至大大 超过控制室的系统设备。其次，现有的温度变送器采用的是4 20mA模拟信号，由于模拟 信号抗干扰能力较差，因此造成最终的数据不准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种FF Hl现场总线温度测量装置，能够降低系 统成本，同时测量数据准确。本发明实施例提供一种FF Hl现场总线温度测量装置，包括温度传感器、传感器 信号调理单元、模数转换单元、微处理器、现场总线通讯控制器和媒体连接单元；所述温度传感器，用于采集测点设备的温度；所述传感器信号调理单元，用于将所述温度传感器采集的温度进行信号放大及滤 波处理，将处理后的信号发送至所述模数转换单元；所述模数转换单元，用于将所述传感器信号调理单元发送来的信号进行模数转 换，将转换后的数字信号发送至所述微处理器；所述微处理器，用于对所述数字信号进行线性处理和温度补偿，将处理后的信号 发送至现场总线通讯控制器；所述现场总线通讯控制器，用于将所述微处理器发送来的信号转换为FFHl现场 总线数据链路层数据，发送至所述媒体连接单元；所述媒体连接单元，用于将所述数据链路层数据转换为物理层数据发送至FF Hl 现场总线。优选地，所述模数转换单元与所述微处理器之间还连接信号隔离单元；所述信号隔离单元，用于将所述模数转换单元的信号与所述微处理器的信号进行隔尚。
优选地，还包括与所述微处理器连接的IXD单元；所述微处理器将处理后的信号转换为温度值在所述IXD单元上进行显示。优选地，还包括与所述微处理器连接的SRAM，用于存储微处理器的数据。优选地，所述媒体连接单元还用于将FF Hl现场总线电源转换为3. 3V和6V电源， 所述3. 3V为所述微处理器和现场总线通讯控制器供电，所述6V电源为所述信号隔离单元、 模数转换单元和传感器信号调理单元供电。优选地，还包括与所述媒体连接单元连接的电源单元；所述电源单元，用于将所述3. 3V电源转换为1. 8V电源，为所述微处理器的内核供 电；所述电源单元，还用于将所述6V转换为5V和3V电源，为所述模数转换单元、传感 器信号调理单元和隔离单元供电。优选地，所述微处理器自带RAM和Flash。优选地，所述温度传感器为热电阻或热电偶。优选地，当所述温度传感器为热电偶时，所述传感器信号调理单元还包括冷端补 偿电阻。优选地，所述模数转换单元将转换后的数字信号发送至所述微处理器，具体是通 过串行外围设备接口 SPI将数字信号发送至所述微处理器的。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明提供的FF Hl现场总线温度测量装置，是现场总线型温度监测模块。现有 技术中是每个测点需要2根电缆，但现在由于采用数字信号进行传输，微处理器集中控制 最多时32台仪表可以挂接在同一条总线上，这样可以节约90%以上的电缆，因此可以降低 整个系统的成本。由于本装置是将温度传感器采集的温度进行模数转换后进行传输，数字 信号比模拟信号的抗干扰能力强很多，因此测量的温度比较准确。
图1是本发明提供的FF Hl现场总线温度测量装置实施例一结构图；图2是本发明提供的FF Hl现场总线温度测量装置实施例二结构图；图3是本发明提供的FF Hl现场总线温度测量装置实施例三结构图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。参见图1，该图为本发明提供的FF Hl现场总线温度测量装置实施例一结构图。本发明实施例提供的FF Hl现场总线温度测量装置，包括温度传感器101、传感 器信号调理单元102、模数转换单元103、微处理器104、现场总线通讯控制器105和媒体连 接单元106。所述温度传感器101，用于采集测点设备的温度。所述温度传感器101可以采用热电偶，也可以采用热电阻。所述传感器信号调理单元102，用于将所述温度传感器101采集的温度进行信号放大及滤波处理，将处理后的信号发送至所述模数转换单元103。例如，当所述温度传感器101采用热电阻RTD时，所述传感器信号调理单元102采 用低功耗高精度运放AD8541及高精度电压源ADR127。其中电压源ADRl27产生1. 25V的电压基准，该电压基准经过运放AD8541将其变 换成1. 25mA的恒流源以驱动热电阻RTD，热电阻RTD得到的电压信号经过滤波后再进入模 数转换单元103。当所述温度传感器101采用热电偶时，所述传感器信号调理单元还包括冷端补偿 电阻。所述模数转换单元103，用于将所述传感器信号调理单元102发送来的信号进行 模数转换，将转换后的数字信号发送至所述微处理器104。本实施例提供的模数转换单元103可以优选采用M位高精度模数转换器AD7799， 其特点如下分辨率24bit采样率500SPS通道数3输入类型差分电源电压最小2.7V工作温度范围-40°Cto+105°C接口 3线串行，SPI，队列串行外设接口 (QSPI)转换时间2000μ s需要说明的是，所述模数转换单元103可以采用同样性能的其他芯片，当然，如果 微处理器自带的模数转换器可以达到同样的处理速度和精度可以不用连接外部的模数转 换器，直接利用微处理器自带的模数转换器。所述微处理器104，用于对所述数字信号进行线性处理和温度补偿，将处理后的信 号发送至现场总线通讯控制器105。微处理器可以采用ARM芯片，本实施例中可以优选采用ARM7TDMI-S微控制器。16K 字节静态 RAM。256K字节片内Flash程序存储器。外部8、16或32位总线。片内Boot装载程序实现在线系统编程(ISP)和在线应用中编程(IAP)。嵌入式跟踪宏单元(ETM)支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪。2个32位定时器、6路P丽输出、实时时钟和看门狗。多个串行接口，包括2个UART接口、1个高速I2C接口 G00kbit/s)和2个SPI接□。通过片内PLL可实现最大为60MHz的CPU操作频率。向量中断控制器，可配置优先级和向量地址。片内晶振频率范围1 30MHz。2个低功耗模式空闲和掉电。通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。可以理解的是，微处理器还可以采用能完成本发明目的的其他CPU芯片。
所述现场总线通讯控制器105，用于将所述微处理器104发送来的信号转换为FF Hl现场总线数据链路层数据，发送至所述媒体连接单元106。本实施例中，现场总线通讯控制器105优选采用FBC0409曼彻斯特编码器/解码 器芯片。FBC0409遵循IEC 61158-2标准的物理层规范，并可以很方便的与ARM系列CPU配 合，构建成为FF Hl总线的主设备或从设备。芯片内置有曼彻斯特编码器/解码器，只要外 接媒体连接单元106即可构成FF Hl现场总线接口。FBC0409设计有自动码极性识别校正功能以及接收自动帧校验、发送可选帧校验 功能(FCS)，并提供lmS、lmS/32、字节定时器和目的地址匹配功能、帧控制字译码功能，减 少在链路层CPU进行处理的开销。为了防止节点过长时间占用总线，芯片中装有定时监视 器，用以完成发送“闲谈”控制的功能当发送器占用总线超过512字节时间时关闭发送。为 了提高网络吞吐量，减轻CPU的处理负担，同时也为便于软件编程，芯片内部集成了 DMA控 制器，分别用于现场数据的收发和数据链路层中的地址匹配。芯片内部集成有4KByte的异 步单口 SRAM，用来对线路数据和地址表数据进行存储。所述媒体连接单元106，用于将所述数据链路层数据转换为物理层数据发送至FF Hl现场总线。媒体连接单元106的信号流向是双向的接收FF Hl总线上来的数据时，来自FF Hl主设备的通信信号是0. 75 IV的交 流信号，媒体连接单元106将该信号进行滤波和波形变换处理，最终变成3. 3V的脉冲数字 信号，再将该信号传给现场总线通讯控制器105接收。向FF Hl总线发送数据时，来自现场总线通讯控制器105的数据为3. 3V的脉冲数 字信号，媒体连接单元106将该信号进行滤波和波形变换处理，最终变成叠加在总线上的 幅度为0. 75 IV的交流信号，再传输给FF Hl总线上的主设备。本发明提供的FF Hl现场总线温度测量装置，是现场总线型温度监测模块。现有 技术中是每个测点需要2根电缆，但现在由于采用数字信号进行传输，微处理器集中控制 最多时32台仪表可以挂接在同一条总线上，这样可以节约90%以上的电缆，因此可以降低 整个系统的成本。由于本装置是将温度传感器采集的温度进行模数转换后进行传输，数字 信号比模拟信号的抗干扰能力强很多，因此测量的温度比较准确。参见图2，该图为本发明提供的FF Hl现场总线温度测量装置实施例二结构图。本实施例提供的FF Hl现场总线温度测量装置还包括连接在所述模数转换单元 与所述微处理器之间的信号隔离单元201、与所述微处理器连接的IXD单元202、与所述微 处理器连接的SRAM203。所述信号隔离单元201，用于将所述模数转换单元103的信号与所述微处理器104 的信号进行隔离。所述微处理器104将处理后的信号转换为温度值在所述IXD单元202上进行显
7J\ οSRAM203，用于存储微处理器的数据。所述微处理器104自带RAM和Flash。需要说明的是，所述模数转换单元103将转换后的数字信号发送至所述微处理器104，具体是通过串行外围设备接口 SPI将数字信号发送至所述微处理器104的。本实施例提供的FF Hl现场总线温度测量装置包括IXD单元，可以直观地显示当 前监测到的温度，另外为了使模拟信号与数字信号进行隔离，避免产生干扰，在模数转换单 元103和微处理器104之间设置了信号隔离单元203。这样可以保证微处理器104接收的 数字信号更准确。参见图3，该图为本发明提供的FF Hl现场总线温度测量装置实施例三结构图。所述媒体连接单元106还用于将FF Hl现场总线电源转换为3. 3V和6V电源，所 述3. 3V为所述微处理器和现场总线通讯控制器供电，所述6V电源为所述信号隔离单元、模 数转换单元和传感器信号调理单元供电。本实施例提供的FF Hl现场总线温度测量装置还包括与所述媒体连接单元106连 接的电源单元301。所述电源单元301，用于将所述3. 3V电源转换为1. 8V电源，为所述微处理器104 的内核供电。所述电源单元301，还用于将所述6V转换为5V和3V电源，为所述模数转换单元 103、传感器信号调理单元102和隔离单元201供电。本实施例提供的FF Hl现场总线温度测量装置直接从FF Hl现场总线上来取电， 为整个测量装置供电，这样可以节省另外电源设备，简化设备的结构，降低成本。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离 本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同 变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种FF Hl现场总线温度测量装置，其特征在于，包括温度传感器、传感器信号调 理单元、模数转换单元、微处理器、现场总线通讯控制器和媒体连接单元；所述温度传感器，用于采集测点设备的温度；所述传感器信号调理单元，用于将所述温度传感器采集的温度进行信号放大及滤波处 理，将处理后的信号发送至所述模数转换单元；所述模数转换单元，用于将所述传感器信号调理单元发送来的信号进行模数转换，将 转换后的数字信号发送至所述微处理器；所述微处理器，用于对所述数字信号进行线性处理和温度补偿，将处理后的信号发送 至现场总线通讯控制器；所述现场总线通讯控制器，用于将所述微处理器发送来的信号转换为FFHl现场总线 数据链路层数据，发送至所述媒体连接单元；所述媒体连接单元，用于将所述数据链路层数据转换为物理层数据发送至FF Hl现场 总线。
2.根据权利要求1所述的FFHl现场总线温度测量装置，其特征在于，所述模数转换单 元与所述微处理器之间还连接信号隔离单元；所述信号隔离单元，用于将所述模数转换单元的信号与所述微处理器的信号进行隔1 O
3.根据权利要求2所述的FFHl现场总线温度测量装置，其特征在于，还包括与所述微 处理器连接的IXD单元；所述微处理器将处理后的信号转换为温度值在所述IXD单元上进行显示。
4.根据权利要求1所述的FFHl现场总线温度测量装置，其特征在于，还包括与所述微 处理器连接的SRAM，用于存储微处理器的数据。
5.根据权利要求3所述的FFHl现场总线温度测量装置，其特征在于，所述媒体连接单 元还用于将FF Hl现场总线电源转换为3. 3V和6V电源，所述3. 3V为所述微处理器和现场 总线通讯控制器供电，所述6V电源为所述信号隔离单元、模数转换单元和传感器信号调理 单元供电。
6.根据权利要求6所述的FFHl现场总线温度测量装置，其特征在于，还包括与所述媒 体连接单元连接的电源单元；所述电源单元，用于将所述3. 3V电源转换为1. 8V电源，为所述微处理器的内核供电；所述电源单元，还用于将所述6V转换为5V和3V电源，为所述模数转换单元、传感器信 号调理单元和隔离单元供电。
7.根据权利要求1所述的FFHl现场总线温度测量装置，其特征在于，所述微处理器自 带 RAM 和 Flash。
8.根据权利要求1所述的FFHl现场总线温度测量装置，其特征在于，所述温度传感器 为热电阻或热电偶。
9.根据权利要求1所述的FFHl现场总线温度测量装置，其特征在于，当所述温度传感 器为热电偶时，所述传感器信号调理单元还包括冷端补偿电阻。
10.根据权利要求1所述的FFHl现场总线温度测量装置，其特征在于，所述模数转换 单元将转换后的数字信号发送至所述微处理器，具体是通过串行外围设备接口 SPI将数字信号发送至所述微处理器的。
全文摘要
本发明提供FF H1现场总线温度测量装置包括温度传感器，采集测点设备的温度；传感器信号调理单元，将温度传感器采集的温度进行信号放大及滤波处理，将处理后的信号发送至模数转换单元；模数转换单元，将传感器信号调理单元发送来的信号进行模数转换，将转换后的数字信号发送至微处理器；微处理器，对数字信号进行线性处理和温度补偿，将处理后的信号发送至现场总线通讯控制器；现场总线通讯控制器，将微处理器发送来的信号转换为FFH1现场总线数据链路层数据，发送至媒体连接单元；媒体连接单元，将数据链路层数据转换为物理层数据发送至FF H1现场总线。本装置采用数字信号进行传输，抗干扰能力强，因此测量的温度比较准确。
文档编号G08C19/00GK102087144SQ20091024147
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者吴建军, 周勇, 李强, 李长鸿, 蒋济友 申请人:北京华控技术有限责任公司