基于FF协议的智能涡街流量计设计

　　1 FF总线协议的特点及其通信原理

　　基金会现场总线(简称 FF)是为适应自动化系统，特别是过程控制系统在功能、环境与技术上的需要而专门设计的。该系统是开放的，可由来自不同制造商的测量、控制设备构成。其系统最大的特征是它所具有的开放型数字通信能力，它使自动化系统具备了网络化特征，而又具有区别于其他网络系统的特点。它位于工业生产现场，其网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。

　　其通信模型参考了 ISO/OSI(国际标准化组织/开放系统互联参考模型)，并在此基础上根据过程控制系统的特点进行演变后得到的，它只具备 ISO/OSI参考模型 7 层中的 3 层，即物理层、数据链路层和应用层，并把应用层划分为两个子层——总线访问子层与总线报文规范子层，省去了中间的 3~6 层。但它在原有的ISO/OSI参考模型第 7 层应用层之上增加了新的一层用户层，这样可以将通信模型视为4 层。其中，物理层规定了信号如何发送;数据链路层规定如何在设备间共享网络和调度通信;应用层规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式;用户层用于组成用户所需要的应用程序加规定标准的功能块、设备描述等，以实现网络管理、系统管理等。

　　在实际的软硬件开发过程中，通常将 FF 通信模型中最下层的物理层和最上层的用户层独立出来，而中间的数据链路层、应用层合并为一个整体称为通信栈 CS(Communication Stack)。具有 FF 总线设备的技术核心正是由物理层和通信栈这两部分所构成的。其中物理层的任务是要实现符合 FF 总线协议的底层机械、电气接口，能为现场设备对总线的发送或接收提供合乎规范的物理信号，并形成上层的通信栈软件系统所需的硬件资源。

　　2基于FF协议的智能涡街流量计硬件设计

　　硬件系统采用了系统主CPU 80C196KC与FF现场总线通信控制器 FB3050 相结合的设计方案，其中由系统主 CPU 负责协调控制系统各个部分的运行，并完成数据处理、与上位机通信等任务;而现场总线通信控制器则在系统主 CPU 的调度下，完成所有与现场总线相关的数据通信任务。

　　硬件部分主要包括电荷放大器、自动增益调节、模数转换器 AD1678、微处理器以及程序存储器、数据存储器、媒体结合单元等。其结构框图如图 1 所示。

　　(1)电荷放大器：将压电传感器输出的电荷信号转换为电压信号，电压信号的频率与流速成正比。电荷放大器采用 TL062 运算放大器，它具有高输入阻抗、低功耗、单电源、宽共模和差分输入电压范围，内有频率补偿等特点。