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HART協議電磁流量計電磁流量傳感器電磁流量變送器

帶有HART通訊協議的智能電磁流量計的硬件系統電路采用模塊化設計，主要包括傳感器模塊，MCU模塊、HART通訊模塊和人機界面模塊四個部分。

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前置放大后通過AD模數轉換電路送入到單片機。單片機對這些信號進行數據采集，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通訊模塊實現與上位機的遠程通訊。

3.1 HART通訊模塊設計

HT2012芯片用來實現HART協議中通訊信號的解調及調制過程。圖2為調制解調器與微處理器的連接。

HART信號的解調過程：由帶通濾波器輸出的脈沖信號進入HT2012后，調制解調器分別將脈沖信號中的1200Hz和2200Hz解調為數字1和0，再將數字信號由HT2012的ORXD端口輸出，CPU對接收到的數據進行判斷并執行相應的任務。

圖2 HART接口電路3.2 HT2012與外部接口

HART數字信號規范是峰值為1mA、平均值為0mA正弦交流電流信號，此信號經線路阻抗轉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組成的數字方波產生回路把經過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，在系統中采用一片1.8432MHz的晶振以產生時鐘信號，再經分頻器CD4013進行4分頗，可輸出1.8432MHz /4=460.8kHz的分頻信號供HT2012使用。

AD421其內部的電壓調節器與外部的場效應管DN25D對輸入到AD421的電壓進行調整，可提供+3.3V電壓作為其他設備的電源。HART發出的FSK信號，經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，實現了HART協議的信息的交換。本電路耦合電容取為0. 0033μF.

4 HART通訊協議的軟件實現

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，首先保護現場，然后判斷是接收中斷還是發送中斷，若為接收中斷則執行接收服務子程序，否則執行發送服務子程序。中斷處理結束后，恢復現場并返回系統主程序。HART通信采用水平和垂直校驗的方法。當檢測到接收數據有差錯時，則等到主設備命令幀發完后，通知主設備數據接收有誤。主設備則重新發命令幀，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，計數器加1.再接收定界符，若為有效的定界符且前導碼計數器大于1，則為HART幀的起始位置，根據定界符確定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值，短幀格式地址接收1個字節，長幀格式地址接收5個字節。再接收命令號，數據字節長度字節，若數據字節長度字節出現奇偶校驗錯誤則終止接收服務，等待載波結束；否則設置數據字節長度計數器，每接收一個數據字節，長度計數器減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數據通訊功能；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，適合于現場測量和顯示；測量范圍大，準確度高。

(流量計：admin)

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