<acronym id="ieu40"><div id="ieu40"></div></acronym>
<rt id="ieu40"></rt>
<rt id="ieu40"></rt>
<rt id="ieu40"><optgroup id="ieu40"></optgroup></rt>
服務熱線0535-6936196

基于HART協議的磁致伸縮液位傳感器的設計

來源:拿度科技 瀏覽量: 時間:2021-09-18 09:22

  

       隨著技術的發展,傳統的4-20mA輸出的儀表已經不能滿足現在的工業生產的需求,為了兼容模擬信號,同時體現現場總線的優越性,一種過渡性的現場總線標準Hart協議由美國Rosemount提出。而Hart協議磁致伸縮液位傳感器,完全符合Hart協議通信標準,是基于磁致伸縮原理為了測量原理,非接觸式測量,高精度,高重復性,可以實現多個位置測量,能廣泛應用于石油、化工、水利、制藥、食品等行業的各種液罐的液位計量和控制。
1、磁致伸縮原理
       電子電路產生一起始脈沖,此起始脈沖在波導絲中傳輸時,同時產生了一沿波導絲方向前進的旋轉磁場,當這個磁場與磁環中的永久磁場相遇時,產生磁致伸縮效應,使波導絲發生扭動,這一扭動被拾能機構所感知并轉換成相應的電流脈沖,通過電子電路計算出兩脈沖之間的時間差,即可精確測出被測的位置量。
2、Hart協議
       Hart協議通信采用的是半雙工的通信方式,其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信。Hart協議實現了開放系統互聯(OSI)7層協議模型的第1層、第2層和第7層,物理層以Bell202標準為基礎,采用頻移鍵控(FSK),以1200bps的速率通信,代表0和1位置的信號頻率分別為2200和1200Hz。該低電平信號疊加在4-20mA的模擬測量信號之上,而不會對模擬信號造成任何干擾。數據鏈路層定義了一項主從協議,在正常使用下,現場設備指在收到信號時才做回答??梢杂袃蓚€主設備,例如,控制系統作為第一主設備,而手持Hart通信器作為第二主設備。應用層,定義了協議所支持的命令、響應、數據類型和狀態報告。在應用層,協議的命令分為通用命令、普通命令和特殊命令。
磁致伸縮液位傳感器
3、主體設計分析
       Hart協議磁致伸縮液位傳感器主要由4部分組成,測量電路、Hart調制調解模塊、供電模塊以及人機交換模塊。測量電路是根據磁致伸縮原理而設計的,機構部分主要包括波導絲,拾能機構等,信號通過激勵脈沖驅動電路產生,經過放大、整形電路,進入MCU進行計算。供電模塊是采用的ADI公司的AD421,一方面與MCU的SPI口連接,輸出4-20mA模擬量,另一方面與Hart調試解調模塊連接,將Hart信號疊加到4-20mA環路中。
       Hart調制解調模塊是采用HartModernHT2015,一方面是把環路中的頻移鍵控信號解調出數字信號,另一方面是將MCU輸出的數字信號轉換成調制信號。
設計的技術要點:
1)低功耗設計,Hart協議是在低頻的4-20mA的模擬信號上疊加了幅度為±0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通信,即環路上的最小瞬時電流值為3.5mA,所以電路的整體好點應該不超過3.5mA,在電路設計上應該充分考慮如何降低功耗。
2)建立Hart通信,在電路上設計上要滿足環路上疊加幅值為±0.5mA的FSK射頻鍵控信號,同時能解調環路中的頻移鍵控信號,符合Hart協議對物理層的定義,在軟件設計上要符合Hart協議對數據鏈路層,以及應用層的定義。
4、硬件設計
4.1測量電路
       測量電路包括電源管理電路、脈沖激勵驅動電路、放大電路、信號整形電路。信號放大電路采用帶功耗控制的LMH6611運算放大器組成,LMH6611關斷狀態工作電路為0.16mA。
4.2D/A轉換器
      D/A轉換器采用ADI公司AD421,該器件的穩壓器可提供+5V、+3.3V或+3V調節輸出電壓,還內置有+1.25V和+2.5V精密基準電壓源。因此,AD421不需要外接獨立的穩壓器和基準電壓源,外部元件只需若干無源元件盒一個調整管。AD421可以結合標準HartFSK協議通信電路使用,而且額定性能不會受到影響。一個標準三線式串行接口與常用的微處理器和微控制器簡單相連。
4.3Hart調制解調模塊
       HT2015為用戶實現了一個兼容Hart的物理層創造條件,該器件通過必要的調制、解調、載波檢測、波形行程和貸通濾波將該協議在片上實現。
       在環路上要輸出信號為1mA峰峰值,者可以在AD421內部通過C3引腳施加合適的電壓來產生,Hart信號采用交流耦合模式,以避免引起錯誤,C16和C3兩個電容對來自HT2015的Hart電壓信號進行了衰減處理,以確保在Hart傳輸過程中有一個1mA峰峰值的Hart信號引入到環路。C3引腳上的信號作用于一個40KΩ電阻上,兩倍于該信號的信號被強制作于40Ω環路電流檢測電阻上,因此C3引腳處要求一個20mV信號,以確保環路中存在1mA。要求來自HT2015的Hart輸入信號V具有以下的衰減系數。
4.4主控芯片MCU
       主控芯片采用PIC24F系列16位單片機,采用了Microchip超低功耗技術,有一下四種功耗管理方式:1)時鐘頻率;2)基于指令的休眠和空閑模式;3)軟件控制的打盹模式4)通過軟件有選擇的進行外設控制。
       該設計中運用的時鐘頻率切換以及基于指令的休眠和空閑模式來對主控芯片進行功耗控制,時鐘頻率切換是指在系統時鐘配置沒有鎖定前提下,使用內部RC振蕩器的低功耗操作與使用晶體振蕩器的高速高精度操作之間切換,同時將MCU的工作狀態分為全速運行、休眠模式以及空閑模式,實現芯片功耗最低。
5、軟件設計
5.1主控芯片的運行狀態
       主控芯片利用基于指令的休眠和空閑模式,讓MCU再全速運行、休眠模式以及空閑模式之間進行切換。
5.2軟件流程圖
       Hart協議磁致伸縮也額外傳感器的軟件主要包括兩大部分:測量測序和Hart通信程序。測量測序包括數據采集,數據計算,數據的處理。Hart通信程序是Hart協議數據鏈路層和應用層的軟件實現,Hart通信采用的是主從方式,而磁致伸縮液位傳感器這些現場儀表都是從機,所以一直在等候主機命令,接收完命令后,要對命令的格式、校驗、命令號等做出解析,并作出響應的響應。
6、總結
       Hart協議磁致伸縮液位傳感器,完全符合Hart協議通信標準,功能完善,穩定性高,與傳統模擬液位傳感器相比,有著無法比喻的優勢,必然在液位測量應用中會得到廣泛的應用。
 


上一篇:磁致伸縮液位傳感器雙檢測線圈溫度補償與噪聲抑制


下一篇:沒有了

關閉
磁致伸縮位移傳感器店鋪二維碼磁致伸縮液位傳感器店鋪二維碼
磁致伸縮位移傳感器logo圖片
山東省煙臺經濟技術開發區珠江路32號3號樓
Copyright ? 2019 NADO | All right reserved. 魯ICP備16037561號
網站地圖 

掃碼關注拿度微信

精品国产_亚洲人成在线