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压力变送器

HART协议的智能压力变送器的系统总体分析和设计

        传统的压力变送器仅提供模拟信号4—20 mA电流环输出,随着微电子技术的迅速发展,越来越多的智能压力变送器开始支持数字信号传输的现场总线协议 ,HART协议与其他只支持数字信号传输的现场总线协议相比,HART协议智能变送器的特点就是在传输数字信号的同时,保留了4~2o mA电流环信号。在数字仪表取代传统模拟仪表的过渡阶段起到了重要的作用。

        文中介绍的HART协议智能压力变送器采用两线制传输方式,采用该方式既能传输模拟和数字信号,又能给变送器提供电能。因此,提高系统集成度并降低系统功耗是设计的关键。

1 系统总体分析

系统主要由3个模块组成:传感器信号调理与检测模块;人机交互模块,HART通信模块。传感器信号调理与检测模块采用低功耗仪表放大器将压力传感器输出微弱电压信号滤波放大调理到合适的电压范围内,通过ADC采集调理后的电压信号,送到MCU做线性化处理和补偿运算得到待测量的压力。人机交互模块主要由液晶显示屏和键盘组成,主要用于变送器菜单设置,完成本地参数的设置和修改,并通过液晶屏显示。

  HART通信模块一方面将MCU输出数字量经DAC转换得到对应的4~20 mA电流,另一方面HART调制解调器将叠加在电流环路上FSK数字信号解调,经通用串口接口送MCU,

并将MCU发送相应的应答帧调制成FSK数字信号,叠加在4~20 mA电流信号上发送出去。

2 系统硬件设计

一般变送器将回路电流控制3.5 mA以给出报警信号,HART通讯模块在发送或接收信号时,回路上要产生幅度为±0.5 mA,频率为2 200 Hz或1 200 Hz的FSK信号,这样就要求变送器工作电流在3 mA以下。系统框图如图1所示,变送器采用16位嵌入式微处理器MSP430F435为控制核心。MSP430F435是面向低功耗仪表领域推出的l6位微处理器,工作电压范围为1.8~3.6 V,耗电电流为0.1 A,多种频率时钟源使系统灵活地实现了低功耗,如采用中断控制,数字控制的振荡器(DCO)在小于0.6 s的时间内可以使系统从低功耗省电模式唤醒,激活到活动模式工作,当系统处理完中断后,可通过软件控制自动进入低功耗省电状态 。

MSP430F435内集成了128段液晶驱动器,可以直接驱动段码式液晶显示器,省去了传统单片机系统外围液晶驱动电路;微处理器内部集成12位逐次比较型A/D转换器,可编程内部或外接基准源,用来对放大调理后的电压信号进行转换;MSP430F435内部具有256 Byte用户可编程Flash存储器,用于存放变送器相关重要参数,例如仪表传感器特性曲线参数。

点击次数:  更新时间:2016-03-25  【打印此页】  【关闭
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