渦街流量計智能技術的應用與原理 十九

§3．6 HART協議通訊模塊電路

HART協議通訊模塊電路設計也即為HART協議物理層的硬件實現。此智能壓電渦街流量計中選擇了美國Smar公司的HT2012芯片，它是一款專門為1ART產品而設計生產的MODEM芯片，功耗低，工作電壓為3V～5V，在+5V供電時電流也只有80uA，采用BELL202標準的FSK頻移鍵控信號，即1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“2”，波特率為1200bps，平均每位傳輸時間為0．833ms。這兩種頻率的正弦波信號(幅度為±0.5mA)疊加在AD421發送的環路直流模擬

信號上傳送，由于FSK通信的電流平均值為0，因此4～20mA信號不受影響，而與數字信號同時進行。HT2012的需調制的數字信號輸入端ITXD和調制完的數字信號輸出端ORXD通PICl6C76的SCI異步方式與之通信，其中TX／C6為異步發送端，TX／C7為異步接收端，PICl6C76的SCI異步發送器的核心是發送寄存器TSR和發送緩沖器TXREG，P[C16C76的SCI異步接收器的核心是接收寄存器RSR和接收緩沖器RCREG，由于CPU和串行通信可同時進行，在TSR空和RSR滿的情況下，硬件會自動發出串行中斷TXIF和RCIF，從而使PICl6C76每次發送或接收一個字節，之后由硬件自動清空TXIF和RCIF。HT2012的INRTS為CPU請求發送控制端，為低時選擇調制方式并使整形電路打開發送正弦HART信號，為高時選擇解調方式并使整形電路斷開，此時調制完的模擬信號發送端OTXA處于內部電路懸空狀態。HT2012的OCD端為載波檢測信號輸出端，它與PICl6C76的PORTB口4腳相接，利用電平變化產生中斷，在檢測到連續載波0．9～1．44ms后它被自動置為0，在未檢測到載波lms或更長時間后被恢復為1。值得注意的是OCD在調制方式由于也能檢測到載波故也為低電平，但此時ORXD腳無數據。我們用PORTB口的4腳的上升沿確定從機接收完畢進入命令分析狀態。由于HT2012的輸入、輸出信號均是TTL電平方波信號而非正弦波信號。所以要經過波形變換。HT2012調制后的輸出信號幅度為o～5v，頻率為1200Hz(信號“l”)和2200Hz(信號“0”)的方波電壓信號，經過輸出波形整形電路，使信號滿足HART物理層規范所要求的信號波形上升沿、下降沿的時間。較平緩的上升沿／下降沿的時間可以降低與其它HART網絡間的串擾。由于HART協議規定主設備(主控制器或手執通訊器)傳送電壓信號，而從設備傳送電流信號，故HT2012的解調部分的輸入信號取自4～20mA回路上串接的250 Q電阻(HART協議允許負載阻抗為230 Q～li00 Q)，該電阻上的電壓經過帶通濾波器以除去環境噪聲干擾，得到1200Hz和2200Hz的正弦波信號，此正弦波信號再經過由雙比較器構成的方波整形電路轉換成1200Hz和2200Hz的方波信號。

§3．7本章小結

設計研制出智能壓電式渦街流量計硬件體系。該體系包括：變送器、單片機系統、顯示模塊、數據存儲模塊、D／A輸出以及HART協議通訊模塊等。針對硬件體系制定相應設計策略，作者選用了性能價格比優異的器件，從而使系統結構緊湊、整體功耗低、運行平穩可靠。特別是通過采用雙端輸入的差動電荷電壓轉換器及二級低通放大等措施，極大得抑制了一部分噪聲干擾，提高了信噪比，為后繼的頻率處理打下了良好的基礎。PICl6C76的豐富資源也為整個系統的功能實現提供了可能。

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