基于HART協(xié)議的智能電磁流量計的硬件設(shè)計
發(fā)布時間：2023-05-11 08:38:27
帶有HART通訊協(xié)議的智能電磁流量計的硬件系統(tǒng)電路采用模塊化設(shè)計,主要包括傳感器模塊、MCU模塊.HART通訊模塊和人機界面模塊4個部分.
由單片機控制的低頻勵磁電流輸出到傳感器的勵磁線圈中,同時來自電磁流量傳感器的微小電勢信號經(jīng)前置放大后通過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換電路送入到單片機.單片機對這些信號進行數(shù)據(jù)采集,分析處理送至液晶顯示屏進行瞬時流量和累積流量的顯示.同時單片機通過計算公式對得到的流量值進行補償,將補償后的流量信號通過HART通訊模塊實現(xiàn)與上位機的遠程通訊.
2.1HART通訊模塊設(shè)計
HT2012芯片用來實現(xiàn)HART協(xié)議中通訊信號的解調(diào)及調(diào)制過程.圖2為調(diào)制解調(diào)器與微處理器的連接.
HART信號的解調(diào)過程:由帶通濾波器輸出的脈沖信號進入HT2012后,調(diào)制解調(diào)器分別將脈沖信號中的1200Hz和2200Hz解調(diào)為數(shù)字1和0再將數(shù)字信號由HT2012的ORXD端口輸出,CPU對接收到的數(shù)據(jù)進行判斷并執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù).
2.2HT2012與外部接口.
HART數(shù)字信號規(guī)范是峰值為1mA、平均值為0mA正弦交流電流信號,此信號經(jīng)線路阻抗轉(zhuǎn)化為正弦交流電壓信號,而HT2012輸入和輸出信號是0~5V的方波信號,因此在HT2012和外部的HART信號之間還需要有濾波電路和整形電路.
如圖3所示,由TLC27組成的濾波器是帶通濾.波器,用來減少接收信號的噪聲干擾.濾波器還用來消除波形中的尖峰,從而使接收到的信號變得平緩.TLC37組成的數(shù)字方波產(chǎn)生回路把經(jīng)過TLC27濾波后的正弦波轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的方波,以便于HT2012接收.
如圖4所示,緩沖器74HC126的作用是使方波的.上升沿和下降沿趨于平緩,使信號滿足HART物理層規(guī)范所要求的信號波形上升沿和下沿的時要求,因為較平緩的上升沿和'下降沿時間可以降低與其它網(wǎng)絡(luò)間的串?dāng)_.
HT2012需要外部提供4608kHz的時鐘信號,且要求時鐘頻率的誤差是Q1%,若直接入一個4608kHz的晶振不僅會引起系統(tǒng)功耗的增加,而且該晶振屬于非標(biāo)準(zhǔn)晶振,需專門定制.為了解決這一問題,在系統(tǒng)中采用一片1.8432MHz的晶振以產(chǎn)生時鐘信號,再經(jīng)分頻器CD4013進行4分頗,可輸出1.8432MHz4=4608kHz的分頻信號供HT2012使用.
AD421其內(nèi)部的電壓調(diào)節(jié)器與外部的場效應(yīng)管DN25D對輸入到AD421的電壓進行調(diào)整,可提供十33V電壓作為其他設(shè)備的電源.HART發(fā)出的FSK信號,經(jīng)過一個電容耦合送到AD421中,轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的0.5mA正弦電流信號,實現(xiàn)電壓信號到電流信號的轉(zhuǎn)換,同時,疊加在4~20mA的電流.上送給接收設(shè)備,實現(xiàn)了智能電磁流量計HART協(xié)議的信息的交換.本電路耦合電容取為0.0033HE,如圖5所示.
