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利用現場(chǎng)總線(xiàn)設計電磁流量計智能卡
作者：
時(shí)間：2013-02-22
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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當今現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展日新月異，應用領(lǐng)域也日趨廣泛，從家庭、能源、樓宇，到工業(yè)現場(chǎng)。本文將介紹利用現場(chǎng)總線(xiàn)來(lái)設計電磁流量計智能卡。
為了適應市場(chǎng)的需要，國內外各大公司紛紛推出新一代的各具特色的智能化流量?jì)x表，其中結合現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的智能電磁流量計的開(kāi)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?jì)x表中，電磁流量計涉及的智能化功能最多，智能化技術(shù)的應用不僅有利于提高電磁流量計的性能，而且易于與現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)相結合。
2)電磁流量計的用途十分廣泛，從流域治理到社區建設，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用。
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢在于簡(jiǎn)化對現場(chǎng)設備的監控和管理，以網(wǎng)絡(luò )管理逐步取代傳統的分散型控制系統。智能化電磁流量計以其自身的智能化技術(shù)與現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)相結合，將能極大地滿(mǎn)足各個(gè)領(lǐng)域對其應用的要求。目前我國在工業(yè)領(lǐng)域應用較廣泛地總線(xiàn)技術(shù)有：HART通信協(xié)議,基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn),LONWORKS技術(shù)等，下面分別介紹智能電磁流量計與這些現場(chǎng)總線(xiàn)相結合時(shí)智能卡的設計。
HART
HART（Highway Addressable Remote Transducer）協(xié)議是一種過(guò)渡性協(xié)議，它采用FSK技術(shù)，在4～20mA過(guò)程測量模擬信號上疊加了一個(gè)頻率信號，使模擬信號與數字雙向通訊能同時(shí)進(jìn)行，互不干擾。我國目前工業(yè)現場(chǎng)中4～20mA標準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用。
1.考慮與HART協(xié)議相結合，在設計電磁流量計智能卡時(shí)采用三CPU方案。CPU選用Motorola公司的68HC11單片機，該種型號的芯片具有體積小、功耗低、系統設計簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是所有8位單片機中功能最強的系列。CPU1控制A/D采樣、D/A轉換、數據處理和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(jiǎn)單，但由于它的可靠工作是整臺儀表正常工作的保障，所以單獨用一塊單片機實(shí)現這些功能）；CPU3管理鍵盤(pán)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(hù)選擇）。三塊CPU之間的通訊采用同步串行SPI方式，CPU1為主機，CPU2和CPU3為從機.
2.A/D轉換電路采用AD7715芯片，這是一種用于低頻測量?jì)x器的芯片，它具有16位無(wú)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)行放大轉換。在智能卡的設計中，AD7715芯片用5V單電源供電，+2.5V的雙極性信號輸入，其中串行數據的輸入腳、輸出腳和串行時(shí)鐘輸入腳直接與CPU1的SPI口相連。
3.D/A轉換電路采用環(huán)路供電芯片AD421,其16位分辨率和60.01%的非線(xiàn)性度特別適合于HART智能儀表的設計。AD421自帶的穩壓器提供＋5V電源，同時(shí)也為MODEM供電，與CPU1通過(guò)串行接口方式相連，CPU1輸出的數字信號直接進(jìn)入AD421的數據輸入腳。同時(shí)將AD421與HART協(xié)議的MODEM芯片相連，1200Hz和2200Hz的調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)現數字信號與模擬信號同時(shí)輸出。
4.調制解調芯片（MODEM）選用SMAR公司生產(chǎn)的HT2012,HT2012是專(zhuān)門(mén)為HART產(chǎn)品而設計生產(chǎn)的。解調器通過(guò)IRXA獲得FSK信號，FSK信號經(jīng)解調后在ORXD輸出數字信號，ORXD直接與CPU1的異步串行輸入口相連。調制器通過(guò)ITXD獲得CPU1異步串行輸出口的數字信號，該信號經(jīng)調制后在OTXA輸出FSK信號，FSK信號經(jīng)整形后加載到4～20mA輸出回路上。INRTS啟動(dòng)調制解調器輸出FSK信號，OCD作為載波偵聽(tīng)輸出，在IRXA有FSK信號時(shí)變?yōu)榈碗娖?，啟?dòng)CPU1讀取ORXD處的解調信號。由于HT2012芯片解調部分的輸入信號取自4～20mA回路，該信號必須經(jīng)過(guò)帶通濾波器以除去環(huán)境噪聲干擾，并經(jīng)觸發(fā)器轉換成方波進(jìn)入IRXA。調制部分的輸入信號取自CPU1的異步串行輸出口，該信號必須在調制后經(jīng)整形電路加載到4～20mA沒(méi)回路。
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