基于HART协议的智能压力变送器的设计与实现.pdf

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1、2010正仪表技术与传感器2010第2期InstrumentTechniqueandSensorNo．2基于HART协议的智能压力变送器的设计与实现孔祥伟，周杏鹏(东南大学自动化学院，江苏南京210096)摘要：在传统压力变送器的基础上，研制了一种基于HART协议的两线制智能压力变送器。该压力变送器以低功耗l6位嵌入式微处理器MSP430F435为核心，使用硅压阻式压力传感器。传感器输出微小电压信号经放大调理后送入微处理器内部12位A／D的测量，HART协议通信模块由A5191HRT型HART调制解调器与AD421电流环数模转换器构成。整个设计选用低功耗外围扩展器件，最大限度

2、地降低整机功耗。关键词：HART协议；压力变送器；智能化；MSP430F435中图分类号：TP216文献标识码：B文章编号：1002—1841(2009)00—0015—03DesignandImplementationofIntelligentPressureTransmitterBasedonHARTProtocolKONGXiang—wei，ZHOUXing—peng(SchoolofAutomation，SoutheastUniversity，Nanjing210096，China)Abstract：Onthebasisofthetraditionalpressure

3、transmitter，atwo—wireintelligenttransmitterwhichwasbasedontheHARTprotocolandtookMSP430F435asthecentralcontrollerwasdesigned．Thetinyvoltagesignaloutputtedbythesilicon—piezoresistivetransducerwasamplifiedandthenmeasuredbytheMSP430F435internal12-bitA／Dconvefler．HARTcommunicationmodulewascompos

4、edofA5191HRTandAD421．Low—powerexternaldeviceswerechosentominimizethepowerconsumptionofthewholesys—ten．Keywords：HARTprotocol；pressuretransmitter；intelligent；MSP430F4350引言到对应的4～20mA电流，另一方面HART调制解调器将叠加传统的压力变送器仅提供模拟信号4—20mA电流环输在电流环路上FSK数字信号解调，经通用串口接口送人MCU，出。随着微电子技术的迅速发展，越来越多的智能变送器开始并将MCU发送相应的应答

5、帧调制成FSK数字信号，叠加在4～支持数字信号传输的现场总线协议j，HART协议与其他只支20mA电流信号上发送出去。持数字信号传输的现场总线协议相比，HART协议智能变送器2系统硬件设计的最大特点就是在传输数字信号的同时，保留了4～2omA电一般变送器将回路电流控制3．5mA以给出报警信号，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HART通讯模块在发送或接收信号时，回路上要产生幅度为重要的作用。±0．5mA，频率为2200Hz或1200Hz的FSK信号，这样就要文中介绍的HART协议智能变送器采用两线制传输方式，求变送器工作电流在3mA以下。采用该方式既能传输模

6、拟和数字信号，又能给变送器提供电系统框图如图1所示，变送器采用16位嵌入式微处理器能。因此，提高系统集成度并降低系统功耗是设计的关键。MSP430F435为控制核心。MSP430F435是面向低功耗仪表领1系统总体分析域推出的l6位微处理器，工作电压范围为1．8～3．6V，最低耗系统主要由3个模块组成：传感器信号调理与检测模块；电电流为0．1A，多种频率时钟源使系统灵活地实现了低功人机交互模块，HART通信模块。耗，如采用中断控制，数字控制的振荡器(DCO)在小于0．6s传感器信号调理与检测模块采用低功耗仪表放大器将压的时间内可以使系统从低功耗省电模式唤醒，激活到活动模式力传

7、感器输出微弱电压信号滤波放大调理到合适的电压范围工作，当系统处理完中断后，可通过软件控制自动进入低功耗内，通过ADC采集调理后的电压信号，送到MCU做线性化处理省电状态。和补偿运算得到待测量的压力。MSP430F435内集成了128段液晶驱动器，可以直接驱动人机交互模块主要由液晶显示屏和键盘组成，主要用于变段码式液晶显示器，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，可编程内示。部或外接基准源，用来对放大调理后