如何加速FF現(xiàn)場總線自動化智能儀表開發(fā)進(jìn)度
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一、采用什么樣的專用芯片
目前，國際和國內(nèi)智能型儀表應(yīng)用的最大量的是HART,占40%，其次是FFH1和PROFIBUS PA占10%，剩余的模擬儀表占50%，改造的對象是面向這部分儀表，開發(fā)的產(chǎn)品應(yīng)該兼顧HART和兩種總線。
開發(fā)的內(nèi)容主要涉及到現(xiàn)場總線的通信芯片和儀表智能模板，兩部分可分開制作，也可以合起來。開發(fā)過程中要使用的工具是開發(fā)的套件和源碼，并在初步完成后，到國際上相關(guān)單位進(jìn)行測試認(rèn)證。
開發(fā)智能型總線儀表，需要的數(shù)字化、計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)較高，國內(nèi)的一般企業(yè)不希望前期的高投入。加之開發(fā)過程對需要首先獲得必要的資質(zhì)和獲得相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，這些條件阻礙了國內(nèi)廠家的開發(fā)步伐。
我國在"九五"和"十五"期間，國家科技部和發(fā)改委曾立項資助開發(fā)工作，并在中國科學(xué)院沈陽自動化研究所等單位獲得了成功，國內(nèi)企業(yè)的后續(xù)開發(fā)，應(yīng)采取合作的形式，減少開發(fā)時間，開發(fā)更多的產(chǎn)品。
二、開發(fā)的芯片品種
根據(jù)市場需要，目前有的品種是，適用于FF H1、PROFIBUS PA總線產(chǎn)品的專用芯片F(xiàn)BC0409和適用于HART總線產(chǎn)品的專用芯片HT1200M，各自的特點是：
1、FBC0409專用芯片
圖一：FBC0409典型應(yīng)用電路
采用低速總線31.25Kbit/S數(shù)據(jù)傳輸速率，曼徹斯特編碼，具備線路極性自動識別及校正，44腳QFP封裝；適配大多數(shù)微處理器接口，內(nèi)嵌4K BYTE RAM單元，可存放總線報文；提供DMA控制器和總線仲裁器，實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)的高效收發(fā)；支持發(fā)送、接收、目的地址識別和內(nèi)部總線仲裁機(jī)制，提高報文處理效率；提供1ms、1/32ms、OCTET time三種定時器，可滿足協(xié)議定時需求；FBC0409 典型應(yīng)用電路。
2、HT1200M專用芯片
HT1200M是用于HART產(chǎn)品開發(fā)的低功耗調(diào)制解調(diào)芯片，只需外接少量元件即可完成HART 信號的調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計，是一款在性能、成本、質(zhì)量等各方面最為理想的通信芯片。HT1200M與市場上廣泛采用的HT20C15及SYM20C15芯片性能、功能及管腳完全兼容，可以直接替代。
芯片采用單片、半雙工1200b/s 速率的頻移鍵控調(diào)制解調(diào)器，集成接收帶通濾波器電路和發(fā)送信號波形整形電路，外接460.8kHz 晶體或陶瓷濾波器和內(nèi)部時鐘振蕩器或外部時鐘輸入。
HT1200M 典型應(yīng)用電路。
圖二：HT1200M典型應(yīng)用電路
三、如何開發(fā)現(xiàn)場總線協(xié)議軟件
利用傳統(tǒng)開發(fā)模式開發(fā)總線型儀表通信協(xié)議，技術(shù)難度大，調(diào)試時間長，投入也較大。如果采用新型主流技術(shù)集成模式開發(fā)，可加速開發(fā)速度，減少測試費(fèi)用，快速使儀表投入市場。
1、FF通信協(xié)議棧特點
目前，沈陽中科博微自動化技術(shù)有限公司分別開發(fā)完成了FF H1、HSE協(xié)議棧的軟件開發(fā)，且實現(xiàn)了HSE與H1協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。 通過了FF一致性測試和互操作測試，協(xié)議棧支持標(biāo)準(zhǔn)的FMS，SM服務(wù)、Link Master功能、變換塊、標(biāo)準(zhǔn)功能塊和高級功能塊、支持功能塊實例化。開發(fā)過程提供功能塊源文件模板。
該集成開發(fā)平臺還支持PROFIBUS PA協(xié)議,可用于開發(fā)Profibus PA產(chǎn)品。
2、選購協(xié)議棧軟件源碼
為加速開發(fā)棧協(xié)議軟件源代碼，最捷徑的做法是，利用已有的源代碼進(jìn)行移植。目前，已開發(fā)成功的FF H1和Profibus PA的源碼是基于FBC0409專用芯片。這種源碼是采用標(biāo)準(zhǔn)C代碼寫成的，使用Nncleus操作系統(tǒng)。
3、選購協(xié)議棧開發(fā)工具套件
對于用戶來說，需要的條件是，技術(shù)人員需要具備一定的數(shù)字儀表開發(fā)能力，可以讀懂和使用協(xié)議或輔助開發(fā)文本。可以提供的條件有：硬件原理圖、PCB圖、設(shè)備能力文件（CFF）描述模板（FF H1）、設(shè)備描述模板源代碼（DDL語言，F(xiàn)F H1）、GSD文件模板（文本文件，Profibus PA）、功能塊源代碼（C語言）以及協(xié)議庫（FF H1或者Profibus PA）和操作系統(tǒng)的接口硬件。
在開發(fā)圓卡時，最重要的是掌握開發(fā)包工具，這包括Fieldbus ToolKit For FF/PA。這些工具如果是基金會會員可以從基金會獲得，如果不是會員，必須通過合作開發(fā)的方式，借助于合作單位的技術(shù)儲備。
四、現(xiàn)場總線通信模塊構(gòu)成
選擇現(xiàn)場總線通信模塊進(jìn)行OEM定制開發(fā)是快速而有效的產(chǎn)品開發(fā)方法之一。這里需要考慮的有，使用串口：通過異步串口UART實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、自定義通信協(xié)議，或者是I/O接口：通過I/O接口直接采集電阻、電壓物理信號，以便確定如何設(shè)計儀表卡功耗、功能、性能和功耗之間做平衡選擇。
圖三：現(xiàn)場總線通信模塊的儀表應(yīng)用
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