基于HART協議的智能電磁流量計的設計與實現

2.3 應用層規范[4]

　　規定了HART消息包中的3類命令，第一類是通用命令，適用于遵守HART協議的所有產品，為符合HART協議的設備提供功能描述；第二類是普通操作命令，適用于遵守HART協議的大部分產品；第三類是設備特殊命令，適用于遵守HART協議的特殊產品。

3 基于HART協議的智能電磁流量計的硬件設計

　　帶有HART通訊協議的智能電磁流量計的硬件系統電路采用模塊化設計，主要包括傳感器模塊，MCU模塊、HART通訊模塊和人機界面模塊四個部分。

　　由單片機控制的低頻勵磁電流輸出到傳感器的勵磁線圈中，同時來自電磁流量傳感器的微小電勢信號經前置放大后通過AD模數轉換電路送入到單片機。單片機對這些信號進行數據采集，分析處理送至液晶顯示屏進行瞬時流量和累積流量的顯示。同時單片機通過計算公式對得到的流量值進行補償，將補償后的流量信號通過HART通訊模塊實現與上位機的遠程通訊。

3.1 HART通訊模塊設計

　　HT2012 芯片用來實現HART 協議中通訊信號的解調及調制過程。圖2為調制解調器與微處理器的連接。

HART 信號的解調過程：由帶通濾波器輸出的脈沖信號進入HT2012 后，調制解調器分別將脈沖信號中的1200Hz和 2200Hz解調為數字1和0，再將數字信號由HT2012 的ORXD 端口輸出，CPU 對接收到的數據進行判斷并執行相應的任務。

圖2 HART接口電路

3.2 HT2012 與外部接口

　　HART數字信號規范是峰值為1mA、平均值為0mA正弦交流電流信號,此信號經線路阻抗轉化為正弦交流電壓信號，而HT2012 輸入和輸出信號是0～5V 的方波信號，因此在HT2012 和外部的HART 信號之間還需要有濾波電路和整形電路。

　　如圖3所示，由TLC27 組成的濾波器是帶通濾波器，用來減少接收信號的噪聲干擾。濾波器還用來消除波形中的尖峰，從而使接收到的信號變得平緩。TLC37 組成的數字方波產生回路把經過TLC27 濾波后的正弦波轉變成相應的方波，以便于HT2012 接收。

如圖4所示，緩沖器74HC126 的作用是使方波的上升沿和下降沿趨于平緩,使信號滿足HART 物理層規范所要求的信號波形上升沿和下沿的時要求，因為較平緩的上升沿和下降沿時間可以降低與其它網絡間的串擾。