基于HART協(xié)議的高精度溫度控制器設計

　　由于A(yíng)D7714 的DRDY 高脈沖寬度為500×tCLKIN=203.5μs, 所以T3 應小于 203.5μs,T3=-R14C13ln0.5 取R14=200KΩ 求得C131.5nf, T2=-R14C13ln0.33=113μs T1=-R13C21ln0.33=TW-T2,因光耦最小響應脈寬為500μs 考慮余量取TW=2.3ms R13 取200KΩ 解得C21=0.00978μf,取C21=0.01μf。

　　3.2 信號輸入電路設計

　　信號輸入部分單偶、雙偶、雙阻、兩線(xiàn)制熱阻、三線(xiàn)制熱阻、四線(xiàn)制熱阻的連接，由高 頻旁路穿心電容、恒流源、低通濾波網(wǎng)絡(luò )（R1-R6、C3-C8）等組成。穿心電容用于衰減串 入信號線(xiàn)的高頻信號，考慮信號線(xiàn)對地的絕緣強度，選用100P/500V 穿心電容。低通濾波 網(wǎng)絡(luò )采用RC 濾波，考慮AD7714 輸入阻抗要求，R 選用1.1K、C 選用0.1μf。R9、R10 用 作傳感器斷線(xiàn)檢測，電阻阻值為22MΩ。輸入電路還考慮了檢測電阻信號時(shí)引線(xiàn)電阻補償 計算。

　　3.3 通信信號濾波電路

　　通信信號濾波電路如圖4。濾波電路由高通和低通濾波器組成帶通濾波器，考慮到HART 通信信號包含上下半波，為了不引起信號失真，將直流工作點(diǎn)設在Vcc/2 上。由C33、C34、 R24、R27 及D2C 組成二階高通濾波器，設C33=C34=C,R24=R27=RZE 則其傳遞函數為(3) 式。

　　取(4)分母字模等于v2 可求得截止頻率為0.37/2πRC,根據HART 信號特點(diǎn),高通截止頻率一般 取600Hz。由R22、R23、C30 和D2B 組成一階低通濾波器，設C22=R、C30=C，則其截止 頻率為1/2πRC,HART 通信中一般取2500Hz。

　根據技術(shù)指標要求，基于HART 協(xié)議的溫度控制器應是本質(zhì)安全的，所以電路中所有 大的儲能元件上都應加限壓或限流保護元件，以達到本安指標要求。在可靠性設計方面重點(diǎn) 采用了降額設計技術(shù),使大多數元器件的實(shí)際工作應力都≤0.1。

　　4 基于HART 協(xié)議的溫度控制器的軟件實(shí)現

　　溫度控制器軟件的開(kāi)發(fā)是建立在對 HART 協(xié)議數據鏈路層、應用層研究基礎上，并結 合溫度控制器自身功能的要求以及硬件電路的連接進(jìn)行的。實(shí)現溫度控制器，除考慮硬件設 計外，軟件設計是另一重要方面，根據溫度控制器的功能要求和技術(shù)指標，軟件設計的主要 內容有：

　　a、根據HART 協(xié)議規范，完成從設備數據鏈路層、應用層以及層間接口程序實(shí)現HART 通信鏈路連接，鏈路仲裁，信號接收、識別、響應和發(fā)送。

　　b、要考慮信號采集補償、線(xiàn)性化處理和輸出。

　　c、根據器件接口完成接口程序。

　　d、實(shí)現故障識別和報警、本地調試和顯示。

　　軟件工作原理如圖5 所示，主要分為三個(gè)部分，一部分是信號的采集和輸出；一部分是 HART 通信信號到來(lái)，進(jìn)入中斷，識別和響應通信信號，包含數據鏈路層、應用層和層間接 口等部分程序；另一部分是當有按鍵按下，進(jìn)行本地參數組態(tài)。

　　本文作者創(chuàng )新點(diǎn):

　　基于HART 協(xié)議的高精度溫度控制器，與傳統的現場(chǎng)儀表或智能現場(chǎng)儀表相比，在功 能上發(fā)生了飛躍，即增加了雙向數字通信的功能，使溫度控制器以其眾多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)過(guò)程 控制系統、儀表管理系統以及這兩個(gè)系統并存的網(wǎng)絡(luò )中，有著(zhù)良好的應用前景。