在工业主动化操控体系中，进程参数压力、差压、肯定压力、流量等工艺参数均要严格操控，而这类参数的丈量与监控大多运用变送器。变送器是玉业进程重要的根底主动化设备之一，是工业进程主动操控中运用最广、运用最多的一种现场外表。跟着高参数、大容量设备的添加和进程工艺的复杂化，变送器用量不断增多。
跟着工业主动化操控技能的开展，自控水平越来越高，对进程参数操控精度要求越来越严，要求变送器表不只精度高，而且要功用多、安稳牢靠、能精确传送进程参数（压力、差压、绝压、流量）、抗干扰能力强、运用保护简略，并能与操控器、执行器等设备组成功用强大的操控体系，完结通讯和进程的主动操控。所以，曩昔的变送器因为受丈量原理和通讯所限，很难完结这种高精度操控要求，因而，自然而然地产生了原理先进具有通讯功用的智能变送器。这类先进的智能变送器集现代科技与一身，是微电子技能、精细机械加工技能、核算机技能和现代通讯技能完美结合的产品，能完结进程操控的多种要求，推动了整个自控技能的向前开展。先进的智能变送器是工业进程操控技能开展的需求，也是工艺进程完结高精度操控的有必要，具有很好的市场前景。
本文依据工业运用的实际需求以及网络通讯开展的功用要求，提出了依据FPGA智能变送器操控体系的整体计划，硬件体系规划、软件规划。该规划完结了体系MCU主控模块、数据收集模块、电源操控模块、数据处理模块、数据通讯模块等硬件电路，并给出了体系软件流程图，要点论说了数据收集和数据模仿输出操控电路的FPGA完结，具体论述了体系各模块电路的组成原理和完结办法，给出了整个电路体系的原理图，并制作了印刷电路板。结合XILINX公司的ISE10．1规划软件给出了模／数转化、数／模转化的仿真成果，验证了体系功用。
1 智能变送器的整体规划
本智能变送器由前端信号调度电路、高速A／D采样电路、数字信号处理电路、模仿输出电路和数字输出电路组成。如图1所示。
剖析不同类型的传感器，其输出信号可分为电流信号、电压信号和电荷信号3大类，相应地规划了3种信号调度电路。以大型设备振荡监测项目为例，县体的传感器有加速度、速度和位移传感器。挑选不同的前端信号调度电路，变成一致规范的电压信号供后边的A／D采样。
A／D采样部分对前端电路的输出电压信号进行采样。A／D采样芯片选用ADI公司的AD7264，AD7264是双通道同步采样、14-bit、高速、低功耗、逐次迫临型模数转化器，选用5V单电源供电，采样速率高达1 MSPS。A／D采样电路与前端信号调度电路用同一阻隔电源供电，与后级数字信号处理电路阻隔。AD7264的数据接口为串行接口，便于阻隔处理。
数字信号处理电路挑选带有CPU软核的FPGA。FPGA是智能式变送器的中心，它不但能对采样数据进行核算、存储和数据处理，还可以经过反应回路对传感器进行调度。在整个体系中，FPGA首要完结对体系的操控和数据的预处理。
智能式变送器有两种输出方法：模仿输出和数字输出。数字输出将处理后的信号直接输出，经过CAN接口、TCP／IP接口传给上位机。模仿输出经过DAC芯片将信号转化成规范电压电流信号输出。
2 体系硬件规划与完结
智能变送器具有收集、处理、指示、通讯等功用，其硬件规划环绕功用进行。整个智能变送器单元依据所完结的功用分为以下几个首要功用模块：信号收集模块（传感器扩大电路）、信号转化模块（模／数转化和数／模转化电路）、FPGA操控模块、通讯模块（以太网和CAN总线通讯）以及为整个体系供给电源的电路部分等。其间FPGA体系为整个操控器单元的中心，是变送器完结数字智能化的标志。
智能变送器的硬件整体结构框图如图2所示。变送器作业时，由传感器把被丈量转变为电信号，然后将信号作A／D转化，把模仿信号改换成数字信号，送入到FPGA（XC3S4005PQ205）操控模块，FIGA经过FIR滤波器核对信号进行滤波，并经过查表法对信号进行主动补偿，然后依据实际需求。经数／模转化后将数据传给下级电路，一起也或许经过以太网或CAN总线传给局域网，完结智能变送功用。体系PCB板实物图如图3所示。
3 体系软件规划与仿真
该体系以XILINX公司的XC3S4005PQ208C作为中央处理器，整个体系首要包含初始状况（InitializaTIon）、数据收集状况（Data_Sample）、数据处理状况（Data_Processing）、以太网传输状况（Enet_Transfers）、CAN总线传输状况（CAN_Transfers）、和模仿输出状况（Analog_ Transfers）等6种状况，因而，可以使用有限状况机的规划计划来完结。其状况转化图如图4所示，经过开发工具ISE10．1对各个模块的VHDL源程序及顶层电路进行编译、逻辑归纳，电路的纠错、验证、主动布局布线及仿真等各种测验，终究将规划编译的数据下载到芯片中即可。
初始状况：完结体系初始化；数据收集状况：完结数据收集进程；数据处理状况：对收集的信号进行一系列的滤波处理，非线性校对等；以太网传输状况，CAN总线传输状况：依据实际需求将信号数字输出；模仿输出状况：进行数模转化，输出规范的电压电流信号。
3．1 数据收集的FPGA规划
数据收集是工业丈量和操控体系中的重要部分，它是测控现场的模仿信号源与上位机之间的接口，其使命是收集现场接连改变的被测信号。对数字体系来说，数据收集首要由传感器扩大电路和A／D转化电路构成，由硬件电路可见，体系经过AD7264模／数转化器来完结模／数转化。AD7264内含6个寄存器，分别是A／D转化器的成果寄存器、操控寄存器、A／D转化器A和B的内部失调寄存器、A／D转化器A和B通道的外部增益寄存器。因为XC3S4005PQ208C和AD7264都兼容SPI接口，两者的编程只需依照时序图进行即可。AD7264与FPGA的接口首要包含PD0数据输入挑选端：DoutA（DoutB）两路数据输出端；OUTa（OUTb）两路数据输入端；CoutA（CoutB、CoutC、CoutD）比较器输出；G3（G2、G1、G0）四路增益操控输入信号。增益由操控寄存器的低四位操控；ADSCLK时钟信号；ADCS片选信号，低电平有用。AD7264作业频率为20 MHz，在CS下降沿，盯梢坚持器处于坚持形式。此刻，采样、转化一起被初始化模仿输入。这需求至少19个SCLK周期。第19个SCLK的下降沿到来时。AD7262康复至盯梢形式，并设置DOUTA、DOUTB为使能。数据流由14位组成，MSB在前。图5为AD7264读寄存器时序仿真图。
3．2 数据输出的FPGA完结
智能化信号调度器的输出分为数字输出和模仿输出，数字输出经过CAN接口和TCP／IP输出到上位机，或许经过总线方法输出；模仿输出经过DA转化成规范的电压电流信号输出。体系选用ADI公司AD5422数／模转化器来完结数／模转化。AD5422经过数据移位寄存器输入数据，数据在串行时钟输入SCLK的操控下首要作为24位字载入器材MSB中。数据在SCLK的上升沿逐一输入。该24位字在LATCH引脚的上升沿无条件锁存，然后数据持续逐一输入，此刻与LATCH的状况无关。图6为AD5422写操作时序仿真图。
4 结束语
选用XILINX公司的ISE10．1规划软件及MODELSIM软件对体系进行重复调试仿真，给出了实验成果，验证了体系功用。并运用美国PCB公司的608A11作为加速度传感器。对设备的振荡进行监测，其模仿输出的测验成果如表1所示。
终究的调试成果表明，本文所规划的智能变送器器可以安稳的完结温度、压力等变量的变送，而且频率、幅值的调度精度等技能指标均达到了预期的规划要求。
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