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是采用dc-dc供電方式，只要dc-dc變換器的效率足夠高，在功耗控制上它比第1種方法要寬松得多，但同時還需要考慮變換器的線性穩(wěn)定性因素可能帶來的負(fù)面影響。由于目前微功耗、高性價比的集成電路出現(xiàn)，采用方法一的優(yōu)越性更多，因為在供電方式上，2種方法都有需考慮對供電電壓的適應(yīng)問題。一般工業(yè)現(xiàn)場多為dc 24v，也有dc 36v供電的。一般要求變送器能在dc12～42v供電電壓下穩(wěn)定、可靠地工作，這一方面直接供電方式要比dc-dc變換方式靈活得多。 二、通信系統(tǒng) 1.通信芯片 smar公司生產(chǎn)的ht2012為貝爾202標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)cmos微功耗fsk調(diào)制解調(diào)器。它是為設(shè)計過程控制儀器檢測和其他的低功率裝備中提供hart通信功能的專用芯片。 ht2012由4個主要功能模塊組成：時鐘頻率、解調(diào)器、調(diào)制器、載波檢測。 ht20l2需要460.8khz外時鐘輸入，3～5v供電，低功耗（典型值40μa）[5]。 ht2012調(diào)制解調(diào)器的半雙工的。當(dāng)一個運轉(zhuǎn)時，調(diào)制器和解調(diào)器中的另一個會被停止。工作在bell 202標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送、傳送和接收調(diào)制位速率1200bps。 ht2012使用1200hz("1"
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(jī)界面模塊四個部分。 由單片機(jī)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(jī)。單片機(jī)對這些信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析處理送至液晶顯示屏進(jìn)行瞬時流量和累積流量的顯示。同時單片機(jī)通過計算公式對得到的流量值進(jìn)行補(bǔ)償，將補(bǔ)償后的流量信號通過hart通訊模塊實現(xiàn)與上位機(jī)的遠(yuǎn)程通訊。 3.1 hart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(jìn)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(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
加在環(huán)路上發(fā)出。 d/a變換器采用ad421，它是美國adi公司推出的一種單片高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器，由環(huán)路供電，16位數(shù)字信號以串行方式輸入，可以將數(shù)字信號直接轉(zhuǎn)換成4～20ma電流輸出。它提供了高精度、全集成、低功耗的解決方案，采用16引腳dip、tssop、soic封裝，可實現(xiàn)低成本的遠(yuǎn)程智能工業(yè)控制。ad421包括串行輸入16位 d/a(數(shù)字/電流 )轉(zhuǎn)換，除自身用電外，還提供可選擇的 (5v，3.3 v或 3 v)穩(wěn)壓輸出供變送器其他部分用電。 hart modem采用 smar公司的 ht2012，是符合bell202標(biāo)準(zhǔn)的半雙工調(diào)制解調(diào)器，實現(xiàn)hart協(xié)議規(guī)定的數(shù)字通信的編碼或譯碼。該芯片專為 hart儀器設(shè)計，片內(nèi)集成了符合 bell202標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制器、解調(diào)器、時鐘及定時電路、檢測控制電路。性價比較高，16腳 dip和28腳plcc封裝，在+5v供電時工作電流80μa。ht2012與微控制器交換數(shù)字信號，同ad421作模擬信號接口。它一方面與mcu的異步串行通信口進(jìn)行串行通信，一方面將輸入的不歸零的數(shù)字信號調(diào)制成fsk信號，再經(jīng)ad421疊加在4～20ma的回路上輸出，或者將回路信號
的電源隔離 器，通過dc/dc 給基于hart 協(xié)議的溫度控制器信號輸入和a/d 電路供電。使用低驅(qū)動電 流的光電隔離器作信號隔離，實現(xiàn)hart 協(xié)議溫度控制器傳感器小信號輸入與輸出信號和 外部電源隔離，同時實現(xiàn)溫度控制器的低電流消耗要求。 電路工作原理是:溫度傳感器信號經(jīng)濾波送ad7714 放大并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，經(jīng) 光耦hp4731 隔離后送入cpu，由cpu 進(jìn)行線性化及校正處理后送ad421 轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 4-20ma 標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。另外,環(huán)路上的數(shù)字通信信號經(jīng)濾波后送入解調(diào)器ht2012，解調(diào)信 號通過串行口送入cpu。然后cpu 送出相應(yīng)的應(yīng)答信號到ht2012 調(diào)制成hart 數(shù)字信號， 經(jīng)整形后控制v/i 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，并疊加到4-20ma 直流信號上。 3 硬件電路詳細(xì)設(shè)計 3.1 信號隔離及光耦外圍參數(shù)確定 a/d 轉(zhuǎn)換器與cpu 信息交換采用光耦隔離。 1) 光耦外圍參數(shù)確定見圖2，以r18、r20 計算為例，由于光耦最小驅(qū)動電流if=40μa,所以按式(1), (2)求解。 考慮最壞情況及余量取r18=62kω
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