基于HART協(xié)議的高精度溫度控制器設(shè)計

　　由于AD7714 的DRDY 高脈沖寬度為500×tCLKIN=203.5μs, 所以T3 應(yīng)小于 203.5μs,T3=-R14C13ln0.5 取R14=200KΩ 求得C131.5nf, T2=-R14C13ln0.33=113μs T1=-R13C21ln0.33=TW-T2,因光耦最小響應(yīng)脈寬為500μs 考慮余量取TW=2.3ms R13 取200KΩ 解得C21=0.00978μf,取C21=0.01μf。

　　3.2 信號輸入電路設(shè)計

　　信號輸入部分單偶、雙偶、雙阻、兩線制熱阻、三線制熱阻、四線制熱阻的連接，由高 頻旁路穿心電容、恒流源、低通濾波網(wǎng)絡(luò)（R1-R6、C3-C8）等組成。穿心電容用于衰減串 入信號線的高頻信號，考慮信號線對地的絕緣強(qiáng)度，選用100P/500V 穿心電容。低通濾波 網(wǎng)絡(luò)采用RC 濾波，考慮AD7714 輸入阻抗要求，R 選用1.1K、C 選用0.1μf。R9、R10 用 作傳感器斷線檢測，電阻阻值為22MΩ。輸入電路還考慮了檢測電阻信號時引線電阻補(bǔ)償 計算。

　　3.3 通信信號濾波電路

　　通信信號濾波電路如圖4。濾波電路由高通和低通濾波器組成帶通濾波器，考慮到HART 通信信號包含上下半波，為了不引起信號失真，將直流工作點(diǎn)設(shè)在Vcc/2 上。由C33、C34、 R24、R27 及D2C 組成二階高通濾波器，設(shè)C33=C34=C,R24=R27=RZE 則其傳遞函數(shù)為(3) 式。

　　取(4)分母字模等于v2 可求得截止頻率為0.37/2πRC,根據(jù)HART 信號特點(diǎn),高通截止頻率一般 取600Hz。由R22、R23、C30 和D2B 組成一階低通濾波器，設(shè)C22=R、C30=C，則其截止 頻率為1/2πRC,HART 通信中一般取2500Hz。

　根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，基于HART 協(xié)議的溫度控制器應(yīng)是本質(zhì)安全的，所以電路中所有 大的儲能元件上都應(yīng)加限壓或限流保護(hù)元件，以達(dá)到本安指標(biāo)要求。在可靠性設(shè)計方面重點(diǎn) 采用了降額設(shè)計技術(shù),使大多數(shù)元器件的實際工作應(yīng)力都≤0.1。

　　4 基于HART 協(xié)議的溫度控制器的軟件實現(xiàn)

　　溫度控制器軟件的開發(fā)是建立在對 HART 協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層研究基礎(chǔ)上，并結(jié) 合溫度控制器自身功能的要求以及硬件電路的連接進(jìn)行的。實現(xiàn)溫度控制器，除考慮硬件設(shè) 計外，軟件設(shè)計是另一重要方面，根據(jù)溫度控制器的功能要求和技術(shù)指標(biāo)，軟件設(shè)計的主要 內(nèi)容有：

　　a、根據(jù)HART 協(xié)議規(guī)范，完成從設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層以及層間接口程序?qū)崿F(xiàn)HART 通信鏈路連接，鏈路仲裁，信號接收、識別、響應(yīng)和發(fā)送。

　　b、要考慮信號采集補(bǔ)償、線性化處理和輸出。

　　c、根據(jù)器件接口完成接口程序。

　　d、實現(xiàn)故障識別和報警、本地調(diào)試和顯示。

　　軟件工作原理如圖5 所示，主要分為三個部分，一部分是信號的采集和輸出；一部分是 HART 通信信號到來，進(jìn)入中斷，識別和響應(yīng)通信信號，包含數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層和層間接 口等部分程序；另一部分是當(dāng)有按鍵按下，進(jìn)行本地參數(shù)組態(tài)。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn):

　　基于HART 協(xié)議的高精度溫度控制器，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場儀表或智能現(xiàn)場儀表相比，在功 能上發(fā)生了飛躍，即增加了雙向數(shù)字通信的功能，使溫度控制器以其眾多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)過程 控制系統(tǒng)、儀表管理系統(tǒng)以及這兩個系統(tǒng)并存的網(wǎng)絡(luò)中，有著良好的應(yīng)用前景。