关于基于Profibus-DP总线的位移传感器设计.doc
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1、关于基于Profibus-DP总线的位移传感器设计0 引言测量技术是现代工业生产和科学研究中必不可少的一项技术,其中基于磁致伸缩效应的位移测量技术因其稳定性好、量程大以及便于安装维护等优点,被广泛应用于各种民用和军用领域。同时,随着信息技术的发展,工业控制系统正朝网络化、分散化和智能化方向发展,现场总线因其所具有的抗干扰能力、数字通信、高环境适应性等特点,良好地满足了此趋势要求。Profibus总线技术由德国SIEMENS公司于1987年提出,具有统一总线标准、传输速度快、对复杂系统适应性强以及应用广、可实现“即插即用”的特点。其中ProfibusDP是一种高速的低成本通信连接,用于设备及控制
2、系统与分散式I/O设备间的通信,在工业现场应用最广泛1。本文设计了一种基于Profibus-DP协议的位移传感器,采用ARM+FPGA架构,实现了基于磁致伸缩原理的位移测量,并通过Profibus-DP协议与主站进行位移数据传输。1 系统设计本文所设计的位移传感器基于磁致伸缩原理,系统通过产生一定周期的激励脉冲激励波导丝,当激励波遇到位移测量处的永久磁铁的磁场时将产生磁致伸缩效应,所产生的扭转波将沿着波导丝以固定的速度传播,通过在近端检测扭转波和激励波的时间差即可以实现位移的测量2。磁致伸缩位移测量系统工作原理如图1所示。本文设计的传感器电路主要包括激励脉冲发生模块、回波接收模块、回波检测和测
3、量模块、位移计算和补偿模块、Profibus-DP总线通信模块、主控模块等。其中主控处理器选用ST公司的基于ARM Cortex-M33内核的STM32F103CB完成系统主控、位移计算和补偿等功能;Actel公司的A3P060 FPGA作为高速单元实现高精度的回波检测和测量;Profichip公司的VPC3+S作为总线协议芯片实现基于Profibus-DP总线协议的位移数据传输。位移传感器系统框图如图2所示。系统工作时,A3P060按照设定的周期T控制激励脉冲发生模块产生激励脉冲,激励脉冲电流将产生环向磁场并沿着波导丝传播,遇到待测量位置磁铁的磁场时,产生磁致伸缩效应,波导丝将产生机械扭转,
4、从而形成扭转波沿波导丝传播,在近端被回波检测装置转换为电信号送入回波接收模块中处理。回波接收模块会对信号进行滤波和放大处理后送入比较器,并由A3P060完成回波信号的时间检测。A3P060将检测得到的时间信息通过SPI接口发送至处理器STM32F103CB,STM32F103CB利用数据处理和位移计算算法对采集到的时间信息进行位移计算、温度补偿以及位移非线性补偿处理后,最后将计算的位移经SPI接口传送至Profibus-DP通信模块VPC3+S,完成与主站的数据交换。系统设计中采用RS485总线作为Profibus-DP的物理层接口,总线接口线路均通过光电隔离模块连接到DP总线,以保证数据的可
5、靠通信。温湿度传感器选用DHT11数字温湿度传感器,采用单线双向制,由STM32F103CB主动读取传感器的数据信息。2 Profibus-DP协议实现Profibus-DP总线协议集成了ISO/OSI模型的物理层、数据链路层,并根据实际需求加入用户层。一个DP系统,最多支持使用126个站点,各站点赋予唯一的逻辑地址。DP系统采用令牌控制+分时轮询的Token_Passing主从轮询协议,兼具分散式和主从式控制机制特点,特别适合对反应时间、可靠性、网络负荷有特殊要求的通信。本系统选用VPC3+S实现Profibus-DP总线协议,采用SPI接口实现VPC3+S与STM32F103CB的通信。V
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- 关于 基于 Profibus DP 总线 位移 传感器 设计
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