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    涡街流量计温压补偿基于HART通讯协议的硬件设计

    来源:上海佰质仪器仪表有限公司    时间:2018-04-24
    [导读]:

    带有HART通讯协议功能的温压补偿涡街流量计的硬件系统结构如图(1)所示。电路采取模块化设计,主要包含了传感器模块、MCU模块、HART通讯模块和显示模块四个部分。

     

    涡街流量计温压补偿

                                                                表(1)硬件系统结构框架图

     

    首先,由传感器模块测得的频率信号经放大、滤波、整形后送入单片机进行线形化处理、量程转换、累计流量计算和单位转换等。如果测量介质是气体,还需要通过A/D采样得到温度和压力值,根据密度补偿模型计算出质量流量。然后,经过温压补偿后的流量信号通过HART通讯模块实现与上位机的远程通讯。

     

    HART通讯模块设计

     

    HART通讯模块部分主要由D/A转换器和BeH202 MODEM及其附属电路来实现,部分电路连接如图(2)所示。

     

    高温高压涡街流量计

                                                                                      表(2HART通讯模块电路

     

    D/A转换器采用AD421,它是美国ADI公司推出的一种单片高性能数模转换器,由环路供电,16位数字信号以串行方式输入,可以将数字信号直接转换成4-20mA电流输出,采用16引脚DIPTSSOP、SOIC封装。AD421除了能进行串行16D/A转换外,还提供可选择的(5V、3.3V3V)稳压输出以供电路其它部分的用电。

     

    HART MODEM采用Smar公司的HT2012芯片,它是符合Bell 202通讯标准的半双工调制解调器,采用16DIP28PLCC封装。它一方面与MCU的异步串口进行串行通讯,另一方面将输入的不归零制的数字信号调制成1200HZ(逻辑1)和2200Hz(逻辑0)的FSK信号,经过AD421叠加在4-20mA回路上输出,或者将回路信号经放大整形、带通滤波后取出FSK信号,再将其解调为数字信号,从而实现HART通讯。

     

    附属电路主要实现信号处理的滤波整形,由带通滤波器和方波整形电路组成。其中,方波整形电路将HT2012输出的电压信号整形为方波,产生数字电路所要求的陡峭的上升沿和下降沿,然后通过电容耦合到AD421C3端口。带通滤波器由两片低功耗运算放大器及电阻、电容组成,其通带频率大约为950~2550Hz。它将4~20mA环路上±0.5mA  HART电流信号转换成电压信号,经过HT2012解调再送入单片机串行通讯接口,完成数据接收任务。

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