基于HART協(xié)議的智能電磁流量計的設計與實(shí)現

　　HT2012需要外部提供460.8kHz的時(shí)鐘信號，且要求時(shí)鐘頻率的誤差是±0.1%，若直接入一個(gè)460.8kHz的晶振不僅會(huì )引起系統功耗的增加，而且該晶振屬于非標準晶振，需專(zhuān)門(mén)定制。為了解決這一問(wèn)題，在系統中采用一片1.8432MHz的晶振以產(chǎn)生時(shí)鐘信號，再經(jīng)分頻器CD4013進(jìn)行4分頗，可輸出1.8432MHz /4=460.8kHz的分頻信號供HT2012使用。

　　AD421其內部的電壓調節器與外部的場(chǎng)效應管DN25D對輸入到AD421的電壓進(jìn)行調整，可提供+3.3V電壓作為其他設備的電源。HART發(fā)出的FSK信號，經(jīng)過(guò)一個(gè)電容耦合送到AD421中，轉換成相應的±0.5mA正弦電流信號，實(shí)現電壓信號到電流信號的轉換，同時(shí)，疊加在4～20mA的電流上送給接收設備，實(shí)現了HART協(xié)議的信息的交換。本電路耦合電容取為0. 0033μF。

4 HART通訊協(xié)議的軟件實(shí)現

4.1 智能電磁流量計串口中斷程序[5]

　　在串行口中斷服務(wù)程序中，首先保護現場(chǎng)，然后判斷是接收中斷還是發(fā)送中斷，若為接收中斷則執行接收服務(wù)子程序，否則執行發(fā)送服務(wù)子程序。中斷處理結束后，恢復現場(chǎng)并返回系統主程序。HART通信采用水平和垂直校驗的方法。當檢測到接收數據有差錯時(shí)，則等到主設備命令幀發(fā)完后，通知主設備數據接收有誤。主設備則重新發(fā)命令幀，從而保證通信的準確可靠。HART串口中斷子程序流程圖如圖5所示。

圖5 串口中斷程序

4.2 HART命令拆分子程序[6][7]

　　在對命令幀響應之前先要將該幀拆分，即首先判斷該幀前導碼是否正確，每接收一個(gè)前導碼，計數器加1。再接收定界符，若為有效的定界符且前導碼計數器大于1，則為HART幀的起始位置，根據定界符確定HART幀的類(lèi)型，若為應答幀或成組模式幀則終止接收服務(wù)，等待載波結束；若為請求幀，則確定幀格式，設置接收長(cháng)幀格式或短幀格式地址計數值，短幀格式地址接收1個(gè)字節，長(cháng)幀格式地址接收5個(gè)字節。再接收命令號，數據字節長(cháng)度字節，若數據字節長(cháng)度字節出現奇偶校驗錯誤則終止接收服務(wù)，等待載波結束；否則設置數據字節長(cháng)度計數器，每接收一個(gè)數據字節，長(cháng)度計數器減1，最后接收水平校驗和。若接收請求地址匹配，對接收的HART 幀異或求水平校驗和，并與接收水平校驗和進(jìn)行比較，相同則表示無(wú)通訊錯誤，否則置水平校驗和錯誤標志為1，結束接收服務(wù)并轉入HART命令執行子程序。命令幀拆分程序流程如圖6所示。

圖6 HART命令幀拆分程序流程圖

5 結論

　　對研制的智能電磁流量計進(jìn)行試驗表明：該流量計集成化程度高、功能強、操作方便、性能可靠;具有自診斷、自檢定功能和HART數據通訊功能；可測正反兩個(gè)方向流量，也可測脈動(dòng)流量；抗電磁干擾和溫度性能好，適合于現場(chǎng)測量和顯示；測量范圍大，準確度高。