毕业设计智能仪表远程控制系统的设计

1、宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）智能仪表远程控制系统的设计系 部 自动控制工程系 专 业 名 称 电气自动化技术 班 级 电气 班 姓 名 学 号 指 导 教 师 摘 要智能仪表日益广泛地应用在工业自动化领域, 随着生产自动化要求的不断提高, 对智能仪表的设计提出了更高的要求。准确性、稳定性、可靠性是工业现场仪表的三项重要指标，三者紧密联系。由于以微型计算机为核心的智能仪表步入工业现场，仪表行业发生了巨大变革，仪表的测量精度提高，功能加强，特别是智能仪表的通信能力，为现代工业控制系统提供了坚实的基础。近几年来，网络通信技术得到了迅速的发展，许多智能仪表和工业控制系统利用标准通信接口和现有网络

2、(如公用交换电话网、 电力网等)实现远程数据通讯和控制管理 ,特别是家用电器日趋智能化的今天 ,运用标准通信接口进行远程控制有着广阔的开发和应用空间。关键词：智能仪表；远程控制；网络通信技术；微型计算机AbstractIntelligent instrument is becoming more and more widely used in the field of industrial automation, with the continuous improvement of production automation requirements, puts forward higher

3、requirements on the design of intelligent instrument. Accuracy, stability and reliability are three important indicators of industrial field instruments, the three closely linked. Due to the microcomputer as the core of intelligent instrument into industrial site, instrumentation industry, great cha

4、nges have taken place in the measure precision of the instrument, function strengthened, especially the communication capability of intelligent instrument, provides a solid foundation for the modern industrial control system.In recent years, obtained the rapid development of network communication te

5、chnology, many intelligent instruments and industrial control system using a standard communication interface and the existing network (such as the public switched telephone network, network, etc.) to realize remote data communication and control management, especially in household electrical applia

6、nces more intelligent today, using the standard communication interface for remote control has a broad space for development and application.Key words：Smart meters；The remote control；Network communication technology； microcomputer 1引言 80年代，微处理器被用到仪器中，仪器前面板开始朝键盘化方向发展，测量系统常通过ieee488总线连接。不同于传统独立仪器模式的个人

7、仪器得到了发展等。90年代，仪器仪表的智能化突出表现在以下几个方面：微电子技术的进步更深刻地影响仪器仪表的设计;dsp芯片的问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强;微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能力;图像处理功能的增加十分普遍;vxi总线得到广泛的应用。近年来，智能化测量控制仪表的发展尤为迅速。国内市场上已经出现了多种多样智能化测量控制仪表，例如，能够自动进行差压补偿的智能节流式流量计，能够进行程序控温的智能多段温度控制仪，能够实现数字pid和各种复杂控制规律的智能式调节器，以及能够对各种谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪等。国际上智能测量仪表更是品种繁多，例如，美国honeyw

8、ell公司生产的dstj-3000系列智能变送器，能进行差压值状态的复合测量，可对变送器本体的温度、静压等实现自动补偿，其精度可达到0.1%fs;美国raca-dana公司的9303型超高电平表，利用微处理器消除电流流经电阻所产生的热噪声，测量电平可低达-77db;美国fluke公司生产的超级多功能校准器5520a，内部采用了3个微处理器，其短期稳定性达到1ppm，线性度可达到0.5ppm;美国foxboro公司生产的数字化自整定调节器，采用了专家系统技术，能够像有经验的控制工程师那样，根据现场参数迅速地整定调节器。这种调节器特别适合于对象变化频繁或非线性的控制系统。由于这种调节器能够自动整定

9、调节参数，可使整个系统在生产过程中始终保持最佳品质。 2智能仪表远程控制系统通讯网络类型的选择 在智能仪表远程控制系统中，要求控制系统要具备较强的远距离通信的功能,数字化、网络化和智能化。方案一采用标准通信接口1.1 RS - 232/ V. 24 接口RS - 232 是美国电子工业协会(EIA) 制定的作为串行通信接口的电气标准 ,相应的国际标准是由 CCITT 定义的 V. 24 接口。该标准定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)间按串行传输的接口信号。采用单端驱动非差分接收电路 ,如图 1 所示 ,线路上的电压对地对称分布且高于 3V ,用低于- 3V 的电压表示二进制

10、“1” ,用高于 + 3V 的电压表示二进制 “0” ,其最大数据传输率为20kbps ,最长可驱动电缆为 15 米。该标准还作为任何面向字符的外设 (如视频显示器VDU、 打印机等) 与计算机的接口标准。该标准虽然传输速率不高,传输距离短,但应用较早,特别是在计算机外设、工业控制、仪表通信方面有广泛应用基础1。1.2 20mA电流环路与RS-232C接口不同,20mA电流环路采用电流信号控制,如图2所示,把20mA电流作为二进制 “1” ,零电流作为二进制 “0” ,环路开关(如继电器或光电耦合器等)控制电流通断 ,环路开关状态发送信号控制。由于发送和接收各用一对线且自成回路抵消了共模噪声的

11、干扰 ,因此最大传输距离可达 1km。但由于传输速率受环路开关的影响 ,传输速率较低 ,一般小于 9600bps。1. 3 RS - 485 接口RS - 485 标准采用平衡驱动差分接收电路 ,即在一对平衡的互连电缆 A 和 B 上传送差分信号 ,在接收端使用差分接收器进行信号判断。如果 A 线的电位比 B 线高 0. 3V ,则发送二进制 “1” ,如果 A 线的电位比 B 线低 0. 3V ,则发送二进制 “0” 。因此有较高的抗共模干扰能力 ,且信号发送频率最高可达10MHz ,当传输速率小于 100kbps 时 ,传输距离可大于 1000m。RS - 485 采用半双工通信在多站点互

12、连时可节省信号线 ,便于高速 ,较远距离传送2。上述三种标准通信接口均属串行数据通信接口 ,其特点是干扰小 ,通信速率较高 ,接线少 ,成本低 ,是远程通信使用较多的通信接口。方案二 数据通信网2. 1 公用交换电话网(PSTN)公用电话网是铺设最为广泛的网络之一 ,虽然它是完全基于模拟传输且带宽较窄 ,数据传输率低 ,误码率高 ,但它是已有的电话通信设施 ,无需另铺私有电缆 ,成本低 ,目前对数据通信勉强够用 ,因此对数据流量不大的远程数据传输和控制管理系统来说是一种较为实用、 经济的选择。采用 PSTN 传输数据 ,由于其本地回路信号是直流信号 , 经滤波后频率限制在300Hz3kHz 范

13、围内 ,因此直接把数据信号加在线路上 ,接收端收到的信号将不再是方波 ,而是上升和下降都较缓的信号。造成波形畸变一个主要原因是由于线路上分布电容和电感的影响 ,其次是信号传输速率随频率变化而变化造成。为了避免用直流送信号带来的问题 ,通常我们将标准通信接口传输的数字信号在发送端调制成 300Hz3kHz 范围内的模拟信号进行传输 ,以某个振幅、 频率或相位为二进制 “0” ,另一个为二进制 “1” ;在接收端经解调还原成数字信号 ,通过标准接口传给计算机和数据终端。通常在通信两端均需要调制和解调 ,因此我们把这种既调制也解调的数据传输设备称为调制解调器(modem) 。使用公用交换电话网数据传

14、输系统结构如图 3 所示。2. 2 电力载波通信网电力网也是铺设最为广泛的网络 ,利用电力网进行数据传输不仅运行成本低而且方便实用 ,其工作原理如图 4 所示。发送端将数据调制到一个高频载波上去 ,在经功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上 ,一般耦合到电力线上的信号频率为几十到几百 kHz ,峰值只有几伏 ,因此不会对电力线路造成不良影响。接收端同样通过耦合电路将高频信号分离出来 ,滤去干扰信号后放大 ,再经解调还原数据。但是 ,利用电力载波通信存在许多不足。首先是线路干扰非常大 ,各种电设备的通断会在线路上产生瞬时的脉冲干扰 ,这些干扰脉冲的峰值最高可达上千伏 ;各种大功率开关器件的开合 ,

15、会产生很宽频谱分布的驻波干扰。其次 ,不同种类线路和不同线路上的负荷都会对高频信号在电力线上的传输产生很大的影响。因此选择合理的数据调制方式十分重要。电力载波调制技术主要采用数字调频(移频键控) ,该方法调制解调电路简单 ,占用信道带宽窄 ,易于实现 ,但传输速率低 ,一般不超过 1200bps ,干扰性差 ,一旦出现较强的与载频相同干扰 ,通信就会失败 ,误码率较高。为克服噪声干扰 ,近年来逐步将扩频技术运用到电力载波通信中。扩频技术最初是军事上为克服敌人信号干扰而发展起来的通信技术 ,现已逐步转入民用通信中。以直序扩频为例 ,其工作原理是在发送端将发送信号用伪随机码扩展到一个很宽的频带上

16、,在接收端用相同的伪随机码在对扩频信号进行相关处理即带宽压缩 ,恢复成窄带信号。对干扰信号而言 ,由于与扩频用的伪随机码不相关 ,并被扩展到一很宽的频带上 ,使进入信号通频带内的干扰功率大大降低 ,而输出信/ 噪比大为提高 ,因此具有很强的抗干扰能力。虽然与窄频调制相比电路较为复杂 ,成本高 ,但其优越的抗干扰性能 ,传输速率可达 10kbps以上 ,且性能稳定可靠 。方案三 融合isp和emit技术，实现仪器仪表系统的internet接入(网络化)伴随着网络技术的飞速发展，internet技术正在逐渐向工业控制和智能仪器仪表系统设计领域渗透，实现智能仪器仪表系统基于internet的通讯能力

17、以及对设计好的智能仪器仪表系统进行远程升级、功能重置和系统维护。在系统编程技术(in-systemprogramming，简称isp技术)是对软件进行修改、组态或重组的一种最新技术。它是lattice半导体公司首先提出的一种使我们在产品设计、制造过程中的每个环节，甚至在产品卖给最终用户以后，具有对其器件、电路板或整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组能力的最新技术。isp技术消除了传统技术的某些限制和连接弊病，有利于在板设计、制造与编程。isp硬件灵活且易于软件修改，便于设计开发。由于isp器件可以像任何其他器件一样，在印刷电路板(pcb)上处理，因此编程isp器件不需要专门编程器和较复杂

18、的流程，只要通过pc机，嵌入式系统处理器甚至internet远程网进行编程。emit嵌入式微型因特网互联技术是emware公司创立eti(extendtheinternet)扩展internet联盟时提出的，它是一种将单片机等嵌入式设备接入internet的技术。利用该技术，能够将8位和16位单片机系统接入internet，实现基于internet的远程数据采集、智能控制、上传/下载数据文件等功能。由于isp和emit融合技术能够将8位和16位单片机系统接入internet，实现基于internet的远程数据采集、智能控制、上传/下载数据文件等功能，不需要专门编程器和较复杂的流程，只要通过pc机，嵌入式系统处理器甚至internet远程网进行编程。故选择该通讯方式作为本系统的通讯系统。 3硬件要求1微型化微型智能仪器指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它能够完成信号的采集、线性化处理、数字信号处