涡街流量计智能技术的应用与原理 十九

§3．6 HART协议通讯模块电路

HART协议通讯模块电路设计也即为HART协议物理层的硬件实现。此智能压电涡街流量计中选择了美国Smar公司的HT2012芯片，它是一款专门为1ART产品而设计生产的MODEM芯片，功耗低，工作电压为3V～5V，在+5V供电时电流也只有80uA，采用BELL202标准的FSK频移键控信号，即1200Hz代表逻辑“1”，2200Hz代表逻辑“2”，波特率为1200bps，平均每位传输时间为0．833ms。这两种频率的正弦波信号(幅度为±0.5mA)叠加在AD421发送的环路直流模拟

信号上传送，由于FSK通信的电流平均值为0，因此4～20mA信号不受影响，而与数字信号同时进行。HT2012的需调制的数字信号输入端ITXD和调制完的数字信号输出端ORXD通PICl6C76的SCI异步方式与之通信，其中TX／C6为异步发送端，TX／C7为异步接收端，PICl6C76的SCI异步发送器的核心是发送寄存器TSR和发送缓冲器TXREG，P[C16C76的SCI异步接收器的核心是接收寄存器RSR和接收缓冲器RCREG，由于CPU和串行通信可同时进行，在TSR空和RSR满的情况下，硬件会自动发出串行中断TXIF和RCIF，从而使PICl6C76每次发送或接收一个字节，之后由硬件自动清空TXIF和RCIF。HT2012的INRTS为CPU请求发送控制端，为低时选择调制方式并使整形电路打开发送正弦HART信号，为高时选择解调方式并使整形电路断开，此时调制完的模拟信号发送端OTXA处于内部电路悬空状态。HT2012的OCD端为载波检测信号输出端，它与PICl6C76的PORTB口4脚相接，利用电平变化产生中断，在检测到连续载波0．9～1．44ms后它被自动置为0，在未检测到载波lms或更长时间后被恢复为1。值得注意的是OCD在调制方式由于也能检测到载波故也为低电平，但此时ORXD脚无数据。我们用PORTB口的4脚的上升沿确定从机接收完毕进入命令分析状态。由于HT2012的输入、输出信号均是TTL电平方波信号而非正弦波信号。所以要经过波形变换。HT2012调制后的输出信号幅度为o～5v，频率为1200Hz(信号“l”)和2200Hz(信号“0”)的方波电压信号，经过输出波形整形电路，使信号满足HART物理层规范所要求的信号波形上升沿、下降沿的时间。较平缓的上升沿／下降沿的时间可以降低与其它HART网络间的串扰。由于HART协议规定主设备(主控制器或手执通讯器)传送电压信号，而从设备传送电流信号，故HT2012的解调部分的输入信号取自4～20mA回路上串接的250 Q电阻(HART协议允许负载阻抗为230 Q～li00 Q)，该电阻上的电压经过带通滤波器以除去环境噪声干扰，得到1200Hz和2200Hz的正弦波信号，此正弦波信号再经过由双比较器构成的方波整形电路转换成1200Hz和2200Hz的方波信号。

§3．7本章小结

设计研制出智能压电式涡街流量计硬件体系。该体系包括：变送器、单片机系统、显示模块、数据存储模块、D／A输出以及HART协议通讯模块等。针对硬件体系制定相应设计策略，作者选用了性能价格比优异的器件，从而使系统结构紧凑、整体功耗低、运行平稳可靠。特别是通过采用双端输入的差动电荷电压转换器及二级低通放大等措施，极大得抑制了一部分噪声干扰，提高了信噪比，为后继的频率处理打下了良好的基础。PICl6C76的丰富资源也为整个系统的功能实现提供了可能。

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