基于HART協(xié)議的智能電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　HT2012需要外部提供460.8kHz的時(shí)鐘信號(hào)，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(tǒng)功耗的增加，而且該晶振屬于非標(biāo)準(zhǔn)晶振，需專門(mén)定制。為了解決這一問(wèn)題，在系統(tǒng)中采用一片1.8432MHz的晶振以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，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(hào)供HT2012使用。

　　AD421其內(nèi)部的電壓調(diào)節(jié)器與外部的場(chǎng)效應(yīng)管DN25D對(duì)輸入到AD421的電壓進(jìn)行調(diào)整，可提供+3.3V電壓作為其他設(shè)備的電源。HART發(fā)出的FSK信號(hào)，經(jīng)過(guò)一個(gè)電容耦合送到AD421中，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的±0.5mA正弦電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)到電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)，疊加在4～20mA的電流上送給接收設(shè)備，實(shí)現(xiàn)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(xiàn)

4.1 智能電磁流量計(jì)串口中斷程序[5]

　　在串行口中斷服務(wù)程序中，首先保護(hù)現(xiàn)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(zhí)行接收服務(wù)子程序，否則執(zhí)行發(fā)送服務(wù)子程序。中斷處理結(jié)束后，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并返回系統(tǒng)主程序。HART通信采用水平和垂直校驗(yàn)的方法。當(dāng)檢測(cè)到接收數(shù)據(jù)有差錯(cuò)時(shí)，則等到主設(shè)備命令幀發(fā)完后，通知主設(shè)備數(shù)據(jù)接收有誤。主設(shè)備則重新發(fā)命令幀，從而保證通信的準(zhǔn)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(duì)命令幀響應(yīng)之前先要將該幀拆分，即首先判斷該幀前導(dǎo)碼是否正確，每接收一個(gè)前導(dǎo)碼，計(jì)數(shù)器加1。再接收定界符，若為有效的定界符且前導(dǎo)碼計(jì)數(shù)器大于1，則為HART幀的起始位置，根據(jù)定界符確定HART幀的類型，若為應(yīng)答幀或成組模式幀則終止接收服務(wù)，等待載波結(jié)束；若為請(qǐng)求幀，則確定幀格式，設(shè)置接收長(zhǎng)幀格式或短幀格式地址計(jì)數(shù)值，短幀格式地址接收1個(gè)字節(jié)，長(zhǎng)幀格式地址接收5個(gè)字節(jié)。再接收命令號(hào)，數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度字節(jié)，若數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度字節(jié)出現(xiàn)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤則終止接收服務(wù)，等待載波結(jié)束；否則設(shè)置數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器，每接收一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器減1，最后接收水平校驗(yàn)和。若接收請(qǐng)求地址匹配，對(duì)接收的HART 幀異或求水平校驗(yàn)和，并與接收水平校驗(yàn)和進(jìn)行比較，相同則表示無(wú)通訊錯(cuò)誤，否則置水平校驗(yàn)和錯(cuò)誤標(biāo)志為1，結(jié)束接收服務(wù)并轉(zhuǎn)入HART命令執(zhí)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(jié)論

　　對(duì)研制的智能電磁流量計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)表明：該流量計(jì)集成化程度高、功能強(qiáng)、操作方便、性能可靠;具有自診斷、自檢定功能和HART數(shù)據(jù)通訊功能；可測(cè)正反兩個(gè)方向流量，也可測(cè)脈動(dòng)流量；抗電磁干擾和溫度性能好，適合于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和顯示；測(cè)量范圍大，準(zhǔn)確度高。