HART協(xié)議在智能電磁流量計中的設計應用

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濾波后的正弦波轉變成相應的方波，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)絡間的串擾。

HT2012需要外部提供460.8kHz的時鐘信號，且要求時鐘頻率的誤差是±0.1%，若直接入一個460.8kHz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準晶振，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1.8432MHz /4=460.8kHz的分頻信號供HT2012使用。

AD421其內(nèi)部的電壓調(diào)節(jié)器與外部的場效應管DN25D對輸入到AD421的電壓進行調(diào)整，可提供+3.3V電壓作為其他設備的電源。HART發(fā)出的FSK信號，經(jīng)過一個電容耦合送到AD421中，轉換成相應的±0.5mA正弦電流信號，實現(xiàn)電壓信號到電流信號的轉換，同時，疊加在4～20mA的電流上送給接收設備，實現(xiàn)了HART協(xié)議的信息的交換。本電路耦合電容取為0. 0033μF.

4 HART通訊協(xié)議的軟件實現(xiàn)

4.1智能電磁流量計串口中斷程序[5]

在串行口中斷服務程序中，首先保護現(xiàn)場，然后判斷是接收中斷還是發(fā)送中斷，若為接收中斷則執(zhí)行接收服務子程序，否則執(zhí)行發(fā)送服務子程序。中斷處理結束后，恢復現(xiàn)場并返回系統(tǒng)主程序。HART通信采用水平和垂直校驗的方法。當檢測到接收數(shù)據(jù)有差錯時，則等到主設備命令幀發(fā)完后，通知主設備數(shù)據(jù)接收有誤。主設備則重新發(fā)命令幀，從而保證通信的準確可靠。HART串口中斷子程序流程圖如圖5所示。

圖5串口中斷程序4.2 HART命令拆分子程序[6][7]

在對命令幀響應之前先要將該幀拆分，即首先判斷該幀前導碼是否正確，每接收一個前導碼，計數(shù)器加1.再接收定界符，若為有效的定界符且前導碼計數(shù)器大于1，則為HART幀的起始位置，根據(jù)定界符確定HART幀的類型，若為應答幀或成組模式幀則終止接收服務，等待載波結束;若為請求幀，則確定幀格式，設置接收長幀格式或短幀格式地址計數(shù)值，短幀格式地址接收1個字節(jié)，長幀格式地址接收5個字節(jié)。再接收命令號，數(shù)據(jù)字節(jié)長度字節(jié)，若數(shù)據(jù)字節(jié)長度字節(jié)出現(xiàn)奇偶校驗錯誤則終止接收服務，等待載波結束;否則設置數(shù)據(jù)字節(jié)長度計數(shù)器，每接收一個數(shù)據(jù)字節(jié)，長度計數(shù)器減1，最后接收水平校驗和。若接收請求地址匹配，對接收的HART幀異或求水平校驗和，并與接收水平校驗和進行比較，相同則表示無通訊錯誤，否則置水平校驗和錯誤標志為1，結束接收服務并轉入HART命令執(zhí)行子程序。命令幀拆分程序流程如圖6所示。

圖6 HART命令幀拆分程序流程圖

5結論

對研制的智能電磁流量計進行試驗表明：該流量計集成化程度高、功能強、操作方便、性能可靠;具有自診斷、自檢定功能和HART數(shù)據(jù)通訊功能;可測正反兩個方向流量，也可測脈動流量;抗電磁干擾和溫度性能好，適合于現(xiàn)場測量和顯示;測量范圍大，準確度高。