1)在各种流量仪表中,电磁流量计涉及的智能化功能zui多,智能化技术的应用不仅有利于提高电磁流量计的性能,而且易于与现场总线技术相结合。
2)电磁流量计的用途十分广泛,从流域治理到社区建设,特别是新兴环保行业的发展,将进一步推广电磁流量计的应用。
现场总线技术的优势在于简化对现场设备的监控和管理,以网络管理逐步取代传统的分散型控制系统。智能化电磁流量计以其自身的智能化技术与现场总线技术相结合,将能极大地满足各个领域对其应用的要求。目前我国在工业领域应用较广泛地总线技术有:hart通信协议,基金会现场总线,lonworks技术等,下面介绍智能电磁流量计与hart通信协议相结合时智能卡的设计。
hart(highway addressable remote transducer)协议是一种过渡性协议,它采用fsk技术,在4~20ma过程测量模拟信号上叠加了一个频率信号,使模拟信号与数字双向通讯能同时进行,互不干扰。我国目前工业现场中4~20ma标准的模拟仪表仍大量存在,hart协议起到了承前启后的作用,在我国得到了广泛的应用。
1.考虑与hart协议相结合,在设计电磁流量计智能卡时采用三cpu方案。cpu选用motorola公司的68hc11单片机,该种型号的芯片具有体积小、功耗低、系统设计简单等特点,是所有8位单片机中功能zui强的系列。cpu1控制a/d采样、d/a转换、数据处理和hart命令接口;cpu2产生矩形波励磁信号和宽脉冲采样信号(cpu2虽然任务少,功能简单,但由于它的可靠工作是整台仪表正常工作的保障,所以单独用一块单片机实现这些功能);cpu3管理键盘操作和液晶显示(cpu3与智能板的接口可做成插拔式的,是否需要cpu3可由用户选择)。三块cpu之间的通讯采用同步串行spi方式,cpu1为主机,cpu2和cpu3为从机。
2.a/d转换电路采用ad7715芯片,这是一种用于低频测量仪器的芯片,它具有16位无误码分辨率、良好的抗干扰性等优点,可对单极输入与双极输入信号进行放大转换。在智能卡的设计中,ad7715芯片用5v单电源供电,±2.5v的双极性信号输入,其中串行数据的输入脚、输出脚和串行时钟输入脚直接与cpu1的spi口相连。
3.d/a转换电路采用环路供电芯片ad421,其16位分辨率和60.01%的非线性度特别适合于hart智能仪表的设计。ad421自带的稳压器提供+5v电源,同时也为modem供电,与cpu1通过串行接口方式相连,cpu1输出的数字信号直接进入ad421的数据输入脚。同时将ad421与hart协议的modem芯片相连,1200hz和2200hz的调制正弦波就可以加到ad421芯片输出的电流环路上,这样就可以实现数字信号与模拟信号同时输出。
4.调制解调芯片(modem)选用smar公司生产的ht2012,ht2012是专门为hart产品而设计生产的。解调器通过irxa获得fsk信号,fsk信号经解调后在orxd输出数字信号,orxd直接与cpu1的异步串行输入口相连。调制器通过itxd获得cpu1异步串行输出口的数字信号,该信号经调制后在otxa输出fsk信号,fsk信号经整形后加载到4~20ma输出回路上。inrts启动调制解调器输出fsk信号,ocd作为载波侦听输出,在irxa有fsk信号时变为低电平,启动cpu1读取orxd处的解调信号。由于ht2012芯片解调部分的输入信号取自4~20ma回路,该信号必须经过带通滤波器以除去环境噪声干扰,并经触发器转换成方波进入irxa。调制部分的输入信号取自cpu1的异步串行输出口,该信号必须在调制后经整形电路加载到4~20ma回路。
