利用現(xiàn)場總線設(shè)計電磁流量計智能卡
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為了適應(yīng)市場的需要，國內(nèi)外各大公司紛紛推出新一代的各具特色的智能化流量儀表，其中結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)的智能電磁流量計的開發(fā)尤為引人注目，這是由于電磁流量計的特點(diǎn)決定的。
1)在各種流量儀表中，電磁流量計涉及的智能化功能最多，智能化技術(shù)的應(yīng)用不僅有利于提高電磁流量計的性能，而且易于與現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合。
2)電磁流量計的用途十分廣泛，從流域治理到社區(qū)建設(shè)，特別是新興環(huán)保行業(yè)的發(fā)展，將進(jìn)一步推廣電磁流量計的應(yīng)用。
現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢在于簡化對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控和管理，以網(wǎng)絡(luò)管理逐步取代傳統(tǒng)的分散型控制系統(tǒng)。智能化電磁流量計以其自身的智能化技術(shù)與現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合，將能極大地滿足各個領(lǐng)域?qū)ζ鋺?yīng)用的要求。目前我國在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛地總線技術(shù)有：HART通信協(xié)議,基金會現(xiàn)場總線,LONWORKS技術(shù)等，下面分別介紹智能電磁流量計與這些現(xiàn)場總線相結(jié)合時智能卡的設(shè)計。
HART
HART（Highway Addressable Remote Transducer）協(xié)議是一種過渡性協(xié)議，它采用FSK技術(shù)，在4～20mA過程測量模擬信號上疊加了一個頻率信號，使模擬信號與數(shù)字雙向通訊能同時進(jìn)行，互不干擾。我國目前工業(yè)現(xiàn)場中4～20mA標(biāo)準(zhǔn)的模擬儀表仍大量存在，HART協(xié)議起到了承前啟后的作用，在我國得到了廣泛的應(yīng)用。
1.考慮與HART協(xié)議相結(jié)合，在設(shè)計電磁流量計智能卡時采用三CPU方案。CPU選用Motorola公司的68HC11單片機(jī)，該種型號的芯片具有體積小、功耗低、系統(tǒng)設(shè)計簡單等特點(diǎn)，是所有8位單片機(jī)中功能最強(qiáng)的系列。CPU1控制A/D采樣、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和HART命令接口；CPU2產(chǎn)生矩形波勵磁信號和寬脈沖采樣信號（CPU2雖然任務(wù)少，功能簡單，但由于它的可靠工作是整臺儀表正常工作的保障，所以單獨(dú)用一塊單片機(jī)實(shí)現(xiàn)這些功能）；CPU3管理鍵盤操作和液晶顯示（CPU3與智能板的接口可做成插拔式的，是否需要CPU3可由用戶選擇）。三塊CPU之間的通訊采用同步串行SPI方式，CPU1為主機(jī)，CPU2和CPU3為從機(jī).
2.A/D轉(zhuǎn)換電路采用AD7715芯片，這是一種用于低頻測量儀器的芯片，它具有16位無誤碼分辨率、良好的抗干擾性等優(yōu)點(diǎn)，可對單極輸入與雙極輸入信號進(jìn)行放大轉(zhuǎn)換。在智能卡的設(shè)計中，AD7715芯片用5V單電源供電，+2.5V的雙極性信號輸入，其中串行數(shù)據(jù)的輸入腳、輸出腳和串行時鐘輸入腳直接與CPU1的SPI口相連。
3.D/A轉(zhuǎn)換電路采用環(huán)路供電芯片AD421,其16位分辨率和60.01%的非線性度特別適合于HART智能儀表的設(shè)計。AD421自帶的穩(wěn)壓器提供＋5V電源，同時也為MODEM供電，與CPU1通過串行接口方式相連，CPU1輸出的數(shù)字信號直接進(jìn)入AD421的數(shù)據(jù)輸入腳。同時將AD421與HART協(xié)議的MODEM芯片相連，1200Hz和2200Hz的調(diào)制正弦波就可以加到AD421芯片輸出的電流環(huán)路上，這樣就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號同時輸出。
4.調(diào)制解調(diào)芯片（MODEM）選用SMAR公司生產(chǎn)的HT2012,HT2012是專門為HART產(chǎn)品而設(shè)計生產(chǎn)的。解調(diào)器通過IRXA獲得FSK信號，F(xiàn)SK信號經(jīng)解調(diào)后在ORXD輸出數(shù)字信號，ORXD直接與CPU1的異步串行輸入口相連。調(diào)制器通過ITXD獲得CPU1異步串行輸出口的數(shù)字信號，該信號經(jīng)調(diào)制后在OTXA輸出FSK信號，F(xiàn)SK信號經(jīng)整形后加載到4～20mA輸出回路上。INRTS啟動調(diào)制解調(diào)器輸出FSK信號，OCD作為載波偵聽輸出，在IRXA有FSK信號時變?yōu)榈碗娖?，啟動CPU1讀取ORXD處的解調(diào)信號。由于HT2012芯片解調(diào)部分的輸入信號取自4～20mA回路，該信號必須經(jīng)過帶通濾波器以除去環(huán)境噪聲干擾，并經(jīng)觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成方波進(jìn)入IRXA。調(diào)制部分的輸入信號取自CPU1的異步串行輸出口，該信號必須在調(diào)制后經(jīng)整形電路加載到4～20mA沒回路。
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