一种基于HART协议的多通道数据测量的智能变送器

一种基于HART协议的多通道数据测量的智能变送器

1.1 系统方案设计

1.2．1 分层电源网路的设计 考虑在单电源供电的情况下(图2所示),由于MCU、D/A、HART等模块需要使用近2 mA的电流，因此信号采样部分的电量非常有限，仅有1 mA左右。除去A/D、运放等消耗的电流，实际提供给传感器的电流仅0.5 mA左右。只能通过降低激励电压/电流的大小，减少电量消耗。同时在软件里进行控制，每次只能对一个测量通道进行采样和转换输出。这一方案的优点是结构简单，但是使用受限,仅数字通信方式可以实现对多参数的测量。

另一种方案是采用分层电源网络模式，模拟信号的测量和转换使用上层3 V电源网络(由TL431调整得到，可提供约2 mA的电流)，同时可以利用这一稳定的3 V直接作为恒压源进行传感器激励。而数字信号(频率和UART)的测量采用下层电源网络，以实现和MCU的简单连接。这一方案的优点是解决了功耗问题，但电路因此变得复杂，而且在输入接口侧模拟信号和数字信号不共“地”， 应注意将其分离, 图3为分层电源网络的设计。

1.3 HART通信模块的设计

2 系统软件设计

HART通用型智能变送器的软件按其功能分为四个部分:监测程序、测控程序、HART通信程序和辅助程序。监测程序是整个系统软件的中心环节，又称为主程序。它接收和分析各种命令，管理和协调全部程序的执行，其包括系统初始化、系统自检等部分；测控程序主要包括数据采集、数据处理、输出控制和自我诊断等部分。其中数据采集通过采样中断子程序实现，数据处理、输出控制和自我诊断等部分则在主程序中调用。HART通信程序也就是HART协议数据链路层和应用层的软件实现，是整个智能变送器软件设计的关键，仪表的可互操作性也在这里得到体现。数据链路层软件主要是串行口接收/发送中断子程序，属于中断处理(服务)程序；应用层的软件是对收到的命令帧进行翻译和处理，在主程序中被调用。

2.1 HART通信程序的设计

HART通信程序是HART协议数据链路层和应用层的软件实现,采用串口中断实现通信的接收和发送服务，符合HART协议的通信工作都在此程序中完成,如图7所示。

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