基于HART协议的智能温度变送器设计张晓东童少为【摘要】根据石油化工厂的实际需要，研制了一种支持HART协议的智能型温度变送器，采用高性能单片计算机C8051F410和HART调制解调芯片作为核心部件;供电电路与信号调理电路设计独特。整体电路结构简单、成本低廉，性价比高。【关键词】HART协议;低功耗;智能温度变送器：TP21：A：2095-2457（2019）34-0026-002DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.008DesignofIntelligentTemperatureTransmitterBasedonHARTProtocolZHANGXiao-dongTONGShao-wei（CollegeofInformationofEngineering，JilinInstitueofChemicalTechnology，JilinJilin132022，China）【Abstract】Accordingtotheactualneedsofpetrochemicalplants，anintelligenttemperaturetransmitterbasedonHARTprotocolwasdeveloped.High-performancesingle-chipcomputerC8051F410andHARTmodulationchipwereadoptedasthecentralcontroller.Thepowersupplycircuitandasignalmodulationcircuithadbeendesignedspecifically.Thetransmitterhadsimplestructure，andhadhighprecision，lowercost，andhighreliability.【Keywords】HARTProtocol;LowPowerconsumption;IntelligentTemperatureTransmitter0引言HART是現场变送器的主要数字通讯方式之一，HART协议仪表广泛应用于现代工业控制系统中。在变送器的设计中，由于其功能所制约，既要在3.5毫安以下解决仪表供电问题，同时还要进行二线制变送、信号调理、运算和就地显示;使用环境因素限制了电路体积，本安防爆限制整个电路内能量累计，室外工作要求电路要能工作在天气极限高低温条件下，因此整体变送器电路结构复杂。随着电子技术和计算机技术的发展，低功耗、高性能、宽温芯片的出现，使得变送器的设计相对简单了许多，成本也降低了很多。智能化、低成本、功能强是仪表设计的主要方向。本设计采用高性能单片计算机C8051F410和HART调制解调芯片，加上独特的供电电路与信号调理电路设计，使得整体电路结构简单、成本低廉，性价比高。1系统整体设计及主要技术指标本仪器主要分成四部分进行设计：回路供电及4-20MA电流环输出;信号调理及单片机的运算输出;HART通讯;显示与参数设置。整体电路如图1所示。供电电路提供工作电流3.5毫安、工作电压3.3V的恒压、恒流，为变送器所有电路提供电源。热电阻信号调理部分向传感器提供恒流激励，并且将传感器的输出电压经适当的滤波后引入到A/D转换器的模拟输入接口;A/D转换部分对传感器输出的信号放大后，转换为数字量供MCU使用;MCU对电压信号进行线性化和补偿处理，得到待测量的温度值。HART通信模块由HART调制解调器和D/A转换器及外围电路组成，D/A输出部分完成电压到环路电流的转换，将MCU输出的数字量转换成相应的4～20mA电流信号;HART调制解调器接收叠加在4～20mA电流+-0.5mA调制信号，将检测到的FSK数字信号解调，通过串口通信传给MCU，MCU产生的应答帧数字信号通过HART调制解调器调制成FSK频移键控信号，叠加在4～20mA电流信号上发送出去。参数显示与设置部分由段式液晶显示器和微动按键组成，用于变送器参数和显示设置。主要技术指标如下：供电电压：9～32VDC。使用环境温度：-40～85度。仪器全量程精度：0.5级。2硬件设计2.1回路供电电路及4-20MA电流环设计为了完成智能变送器工作电压9～32VDC供电与工作电流3.5-22Ma要求，电源设计使用微功耗OPA244运算放大器，放大器允许工作电压高达36V，功耗只有35微安运放，配合并联型参考源，设计出一个提供工作电流3.5毫安、工作电压3.3V的恒压、恒流电路，为变送器所有电路提供电源，保证变送器自身工作电流变化不会影响变送器电流输出。由于运放本身静态功耗35UA，反馈电流耗掉33UA，参考源最低静态电流10UA，因此实际能给变送器其他部分提供的电流为3.4MA，如果变送器其他部分使用电流小于3.4MA，多余电流通过参考源流出，如果电流大于3.4Ma，电路失效，因此，所有变送器其他电路设计要保证总电流小于3.4毫安，变送器输出的与传感器信号相对应的电流信号由单片机DA输出控制TLV2252、T31、T32组成的恒流输出电路实现，为了保证仪表输出精度，...