基于HART协议的智能电容式差压变送器设计方案

《基于HART协议的智能电容式差压变送器设计方案》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于HART协议的智能电容式差压变送器设计方案1总体设计方案概述在现场总线标准在国际上尚未完全统一的过渡时期，市场上广泛使用的HART协议产品填补了这一空白。因为HART协议一方面可以保持用户使用4〜20mA的模拟信号，确保金业原來的投资继续发挥作用，同时可以让用八逐步接触数字信号，为全数字系统全面进入市场打好基础。基于HART协议的智能电容式差压变送器由五大部分组成：信号生成电路、通信电路、处理器模块、电源模块、人机模块。设计中遵循四大原则：尽量使用专用的、先进的集成电路；超低功耗硕件电路设计；软件投入代替硬件投入；简单实用的人机交互界而。为了提高变送器的

2、性能和降低开发成木，采用了人量的性能优越的、高度集成的芯片，如专用的HART通信芯片，集数据采集转换与CPU于一体的处理单元，集电源模块与4〜20mA冋路电流生成电路于一体的集成芯片。整体电路设计中大量使用CMOS器件代替了传统的大功耗的电路。在信号生成电路中省去了传统的温度补偿电路，而采川软件实现补偿，实验证明采用软件的效果更加优越。采川了双按键及自行设计的液晶显示屏，简单的操作和清晰的数据显示方便了用户的使用。2主要技术指标测量范围：0-5kPa-35Mpa不等输出信号：二线制4〜20mA+HART供电电源：标准24VDC负载电阻满足负载曲线时可工作在2

3、0〜36VDC负载特性：8004002000„RL=(U-20)/0020/Zelencfiina202436V负戟粽性量程比：40：1使用环境条件：正常工作温度为-30°C〜+70°C；整机储存温度为・10°C〜+50°C；相对湿度为5〜95%；精确度等级：0.1级非线性：±0.1%FS稳定性：长期稳定性0.2%FS年温度影响：±0・1%/10°C3设计说明及解决的关键技术问题3.1设计说明3.1.1结构框图及说明:结构祗图1）振荡器：此振荡器产牛频率30KHZ峰值25V左右的振荡信号给解调器。2）振荡控制器：它与解调器、振荡器连接构成深度负反馈电路，控制

4、和稳定振荡器的肓流工作点，保证流过传感器两个测量电容的电流之和为常数。3）敏感元件：由电容传感器作为压力敏感元件，如上所述，它把压力正比地转换为电容变化。4）解调器：解调器将流过两电容的交流电调解成直流电流供给A/D转换。5）A/D转换器：它使一个16位高分辨率低非线性A/D转换器（CPU自带）。它把取样电阻上随压力变化的电压信号转换为数字信号。6）温度传感器：检测电容传感器的温度，并把温度直接转换为数字信号送给CPU处理。7）中央处理单元：CPU是变送器的智能核心，它负责対其它模块、运算和通信的管理和操作。运行程序贮存在ROM屮，暂存数据存放在RAM中。8

5、）D/A转换器：它来自CPU的数字转换成4〜20mA模拟信号，其分辨率达16位。9）调制解调器（HT2012）对载波与环路电流上的通信信号进行调制和调解。1200Hz表示“1”，2200Hz表示“0”。由于频率信号是对称的，因此对4〜20mA信号的肓流电平没有影响。10）4〜20mA回路，DODC电源：它们对电源进行降压，对电流进行调整，并进行DQDC转换，输出3V和5V电源。11）显示模块：接收CPU输出的信息，并使液晶显示器的相应段点亮。12）本机调整：两个用于调整的开关是利用磁性动作的。通过磁性开关启动它们，没有机械或电气的接触。3.1.2软件流程图及

6、说明:软件流程图1）工厂标定：由于传感器之间存在着很人的差异，所以从传感器测得的信号，经A/D转换，以一•定的格式贮存在FLASH中，作为运算的标准。2）数据采集：读取A/D转换器的输出值，并进行简单的数字滤波处理，然后送入RAM中特定单元。3）数据运算：以标定数据和组态内容为依据，计算出压力值、百分数、电流值等变量,以及D/A转换的数码值。4）数据滤波：为使输出信号平滑R响应速度快，冇一个时间常数可调的数字滤波器,用于调整信号变化。5）显示：对需要显示的数据进行处理，并送入显示控制器进行显示。6）本机调整：采川屮断方式，如果有磁性工具插入本机调整孔，则对调

7、整过程进行处理。7）数模转换：把用于D/A转换的数字量送D/A转换器，从而输出4〜20mA的电流。8）中断处理：变送器与上位机的通信使采用中断方式进行的，因此4〜20mA电流信号可以保持连续性。在屮断处理功能块里。包含了对HART协议智能变送器的所有主要功能的处理。例如，信息传送、组态管理、数字变量输出监视、压力微调、电流微调等。3.1.3有关计算方法的说明在整个软件的设计过程屮分别采用了改进的屮位值平均滤波法和一阶滞示滤波法对采集的数字信号和待输出的数字信号进行处理。改进的中位值平均滤波法：连续对被采样对彖进行9次采样，得到9个数字量，3个一组取屮间值，再

8、对3个屮间值求平均。这种方法的优点是融合了屮值滤波和