涡街流量计温压补偿基于HART通讯协议的硬件设计

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。

                                                            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。

                                                                                  表（2）HART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DIP、TSSOP、SOIC封装。AD421除了能进行串行16位D/A转换外，还提供可选择的（5V、3.3V或3V）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16脚DIP和28脚PLCC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AD421的C3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。