如何实现HART调制解调器功能？.doc

《如何实现HART调制解调器功能？.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、如何实现HART调制解调器功能？　　先进的智能变送器是工业过程控制技术发展的需要，也是工艺过程实现高精度控制的必需，具有很好的市场前景。现场总线是目前国际上过程控制领域的一个热点，通过现场总线，数字通信技术可以延伸到现场仪表，给控制体系带来一场革命。HART协议作为一个开放性的协议，现已成为智能仪表的事实上的标准。现在，国际及国内使用的智能变送器基本是带有HART通信功能的智能变送器（简称为”HF智能变送器”），是一种将标准模拟信号（4~20mA）与数字信号技术结合在一起用于传送过程参数的变送器。传统变送器传输传感器数据的同时，不能传输控制信号与诊断信号。同时为了满足智能现场

2、通信器对信号实时处理的需要，在HART智能现场通信器软件总体设计中采用实时嵌入式控制系统。为此，笔者设计了一种基于MAXQ2000嵌入式微处理器的增强型智能变送器，采用HART协议进行信号的调制解调，所提供的通信通道在传输传感器数据的同时，还可传输控制和诊断信号。　　1HART智能仪表的特点HART协议遵循ISO制订的OSI开放式系统互连参考模型，采用了OSI模型的第1层、第2层和第7层，即物理层、数据链路层和应用层。现场总线（fieldbus）是一种数字化的串行双向通信系统，能将所有的现场设备、传感器、执行器等与控制器用1根电缆（光缆或无线）连接在一起，形成现场设备级、车间

3、级的数字化通信网络，可实现现场状态控制远程传送等功能。HART现场总线系统采用主从工作方式，主机一般为1台PC机，从机可为1台或多台具有HART通信功能的智能变送器。　　HART智能仪表具有如下特点：　　①实现了传感器信号的数字化，提高了测量精度。　　②实现了传感器信号的智能化，能方便地修整拟合曲线并进行各种补偿。　　③智能仪表实现了网络化，在控制站内可直接观察数千台仪表。　　④通信传输采用4~20mA标准信号加数字信号方式，可直接替换模拟仪表。　　⑤通过数字信息能读出仪表各种管理信息，如生产厂家、仪表型号、生产序号、维修时间等。　　⑥可装入算法，直接构成控制回路。　　⑦工作

4、在4~20mA现行标准的两线制回路中。在应用时，其兼容模拟与数字信号，而频率信号经过V/I转换电路的转换管，转换为幅度为0.5mA的频率信号，叠加在两线制4~20mA的电流环上。由于对称性，此信号的平均值为0,所以模拟、数字两信号互不干扰。　　⑧具有线性化处理功能、温度补偿功能、零点自动调整功能、量程自动调整功能、数字化通信功能等。　　2电流变送器最简单的电流变送器是采用简单的电流环路进行信号传递的。在环路中，传感器的输出电压首先按比例转换成电流，远端接收器将4~20mA的电流又转换为电压，利用计算机或显示模块做进一步处理。典型的4~20mA电流环电路包括4个部分：传感器/变

5、送器、电压-电流转换器、环路电源和接收器/监视器。为适应工业需求，出现了称作”智能型变送器”的第2代4~20mA变送器，这种变送器采用微控制器（μC）和数据转换器调理远端信号。智能型变送器可以对增益和失调进行校准，通过将传感器模拟信号数字化（如电阻式温度检测器RTD和热电偶）实现线性化处理，用驻留在μC内部的数学算法处理信号，再将数字信号转换回模拟信号，结果以标准电流的形式沿环路传输。最新的第3代4~20mA变送器被认为是”增强型智能”变送器。它们增加了与4~20mA信号共享双绞线的数字通信功能。所提供的通信通道在传输传感器数据的同时，还可传输控制和诊断信号。设计的增强型智能

6、变送器的基本结构如图1所示，主要由模数转换器ADC、数模转换器DAC、MAXQ2000微控制器、电压调节器、信号调理、HART调制解调器、I/O通道、双绞传输线组成。　　　　图1基于MAXQ2000μC的增强型智能变送器框图　　智能型变送器所使用的通信标准是HART协议，HART协议采用美国电话通信系统Bell202频移键控（FSK）标准。如图2所示，在4~20mA的模拟信号上叠加0.5mA的正弦波数字信号，其数字信号1和0分别由1200Hz和2200Hz频率表示。这些频率的正弦波叠加在传感器的直流模拟信号上，同时提供模拟和数字通信。因为FSK信号的平均值始终为零，所以数字通

7、信信号不会影响4~20mA的模拟信号。数字状态每秒钟可以转换2~3次，而不会妨碍模拟信号。允许的最小环路阻抗为23Ω。　　　　图2同时用模拟型号与数字信号通信　　在该智能电流变送器中，μC必须具备3种特定性能：　　①串行接口，连接用于数据采集的ADC和用于设置环路电流的DAC.　　②因为预算电流为4mA,所以要求低功耗。　　③乘法-累加单元（MAC），既完成输入信号的数字滤波，在HART协议中又同时进行编码和解码。　　μC选用MAXQ2000.低功耗的MAXQ2000是Maxim/Dallas公司的新产