電磁流量計傳感器特殊的(de)硬件設計

帶有HART通(tōng)訊協議(yì)的(de)智能電磁流量計的(de)硬件系統電路采用(yòng)模塊化(huà)設計，主要包括傳感器模塊，MCU模塊、HART通(tōng)訊模塊和(hé)人(rén)機界面模塊四個(gè)部分(fēn)。

由單片機控制的(de)低頻(pín)勵磁電流輸出到傳感器的(de)勵磁線圈中，同時(shí)來(lái)自電磁流量傳感器的(de)微小電勢信号經前置放大(dà)後通(tōng)過AD模數轉換電路送入到單片機。單片機對(duì)這(zhè)些信号進行數據采集，分(fēn)析處理(lǐ)送至液晶顯示屏進行瞬時(shí)流量和(hé)累積流量的(de)顯示。同時(shí)單片機通(tōng)過計算(suàn)公式對(duì)得(de)到的(de)流量值進行補償，将補償後的(de)流量信号通(tōng)過HART通(tōng)訊模塊實現與上位機的(de)遠(yuǎn)程通(tōng)訊。

3.1 HART通(tōng)訊模塊設計

HT2012 芯片用(yòng)來(lái)實現HART 協議(yì)中通(tōng)訊信号的(de)解調及調制過程。圖2爲調制解調器與微處理(lǐ)器的(de)連接。

HART 信号的(de)解調過程：由帶通(tōng)濾波器輸出的(de)脈沖信号進入HT2012 後，調制解調器分(fēn)别将脈沖信号中的(de)1200Hz和(hé)2200Hz解調爲數字1和(hé)0，再将數字信号由HT2012 的(de)ORXD 端口輸出，CPU 對(duì)接收到的(de)數據進行判斷并執行相應的(de)任務。
圖2 HART接口電路

3.2 HT2012 與外部接口

HART數字信号規範是峰值爲1mA、平均值爲0mA正弦交流電流信号,此信号經線路阻抗轉化(huà)爲正弦交流電壓信号，而HT2012輸入和(hé)輸出信号是0～5V 的(de)方波信号，因此在HT2012 和(hé)外部的(de)HART 信号之間還(hái)需要有濾波電路和(hé)整形電路。

如圖3所示，由TLC27組成的(de)濾波器是帶通(tōng)濾波器，用(yòng)來(lái)減少接收信号的(de)噪聲幹擾。濾波器還(hái)用(yòng)來(lái)消除波形中的(de)尖峰，從而使接收到的(de)信号變得(de)平緩。TLC37組成的(de)數字方波産生回路把經過TLC27 濾波後的(de)正弦波轉變成相應的(de)方波，以便于HT2012 接收。
如圖4所示，緩沖器74HC126 的(de)作用(yòng)是使方波的(de)上升沿和(hé)下(xià)降沿趨于平緩,使信号滿足HART物(wù)理(lǐ)層規範所要求的(de)信号波形上升沿和(hé)下(xià)沿的(de)時(shí)要求，因爲較平緩的(de)上升沿和(hé)下(xià)降沿時(shí)間可(kě)以降低與其它網絡間的(de)串擾。

HT2012需要外部提供460.8kHz的(de)時(shí)鐘(zhōng)信号，且要求時(shí)鐘(zhōng)頻(pín)率的(de)誤差是±0.1%，若直接入一個(gè)460.8kHz的(de)晶振不僅會引起系統功耗的(de)增加，而且該晶振屬于非标準晶振，需專門定制。爲了(le)解決這(zhè)一問題，在系統中采用(yòng)一片1.8432MHz的(de)晶振以産生時(shí)鐘(zhōng)信号，再經分(fēn)頻(pín)器CD4013進行4分(fēn)頗，可(kě)輸出1.8432MHz /4=460.8kHz的(de)分(fēn)頻(pín)信号供HT2012使用(yòng)。

AD421其内部的(de)電壓調節器與外部的(de)場(chǎng)效應管DN25D對(duì)輸入到AD421的(de)電壓進行調整，可(kě)提供+3.3V電壓作爲其他(tā)設備的(de)電源。HART發出的(de)FSK信号，經過一個(gè)電容耦合送到AD421中，轉換成相應的(de)±0.5mA正弦電流信号，實現電壓信号到電流信号的(de)轉換，同時(shí)，疊加在4～20mA的(de)電流上送給接收設備，實現了(le)HART協議(yì)的(de)信息的(de)交換。本電路耦合電容取爲0. 0033μF。