基于HART協(xié)議的智能電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.3 應(yīng)用層規(guī)范[4]

　　規(guī)定了HART消息包中的3類命令，第一類是通用命令，適用于遵守HART協(xié)議的所有產(chǎn)品，為符合HART協(xié)議的設(shè)備提供功能描述；第二類是普通操作命令，適用于遵守HART協(xié)議的大部分產(chǎn)品；第三類是設(shè)備特殊命令，適用于遵守HART協(xié)議的特殊產(chǎn)品。

3 基于HART協(xié)議的智能電磁流量計(jì)的硬件設(shè)計(jì)

　　帶有HART通訊協(xié)議的智能電磁流量計(jì)的硬件系統(tǒng)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括傳感器模塊，MCU模塊、HART通訊模塊和人機(jī)界面模塊四個(gè)部分。

　　由單片機(jī)控制的低頻勵(lì)磁電流輸出到傳感器的勵(lì)磁線圈中，同時(shí)來自電磁流量傳感器的微小電勢信號(hào)經(jīng)前置放大后通過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換電路送入到單片機(jī)。單片機(jī)對這些信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析處理送至液晶顯示屏進(jìn)行瞬時(shí)流量和累積流量的顯示。同時(shí)單片機(jī)通過計(jì)算公式對得到的流量值進(jìn)行補(bǔ)償，將補(bǔ)償后的流量信號(hào)通過HART通訊模塊實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的遠(yuǎn)程通訊。

3.1 HART通訊模塊設(shè)計(jì)

　　HT2012 芯片用來實(shí)現(xiàn)HART 協(xié)議中通訊信號(hào)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(hào)的解調(diào)過程：由帶通濾波器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)入HT2012 后，調(diào)制解調(diào)器分別將脈沖信號(hào)中的1200Hz和 2200Hz解調(diào)為數(shù)字1和0，再將數(shù)字信號(hào)由HT2012 的ORXD 端口輸出，CPU 對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷并執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。

圖2 HART接口電路

3.2 HT2012 與外部接口

　　HART數(shù)字信號(hào)規(guī)范是峰值為1mA、平均值為0mA正弦交流電流信號(hào),此信號(hào)經(jīng)線路阻抗轉(zhuǎn)化為正弦交流電壓信號(hào)，而HT2012 輸入和輸出信號(hào)是0～5V 的方波信號(hào)，因此在HT2012 和外部的HART 信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)滿足HART 物理層規(guī)范所要求的信號(hào)波形上升沿和下沿的時(shí)要求，因?yàn)檩^平緩的上升沿和下降沿時(shí)間可以降低與其它網(wǎng)絡(luò)間的串?dāng)_。