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由单片机控制的低频励磁电流输出到传感器的励磁线圈中，同时来自电磁流量传感器的微小电势信号经前置放大后通过AD模数转换电路送入到单片机。单片机对这些信号进行数据采集，分析处理送至液晶显示屏进行瞬时流量和累积流量的显示。同时单片机通过计算公式对得到的流量值进行补偿，将补偿后的流量信号通过HART通讯模块实现与上位机的远程通讯。
3.1 HART通讯模块设计
HT2012芯片用来实现HART协议中通讯信号的解调及调制过程。图2为调制解调器与微处理器的连接。
HART信号的解调过程：由带通滤波器输出的脉冲信号进入HT2012后，调制解调器分别将脉冲信号中的1200Hz和2200Hz解调为数字1和0，再将数字信号由HT2012的ORXD端口输出，CPU对接收到的数据进行判断并执行相应的任务。
图2 HART接口电路3.2 HT2012与外部接口
HART数字信号规范是峰值为1mA、平均值为0mA正弦交流电流信号，此信号经线路阻抗转化为正弦交流电压信号，而HT2012输入和输出信号是0～5V的方波信号，因此在HT2012和外部的HART信号之间还需要有滤波电路和整形电路。
如图3所示，由TLC27组成的滤波器是带通滤波器，用来减少接收信号的噪声干扰。滤波器还用来消除波形中的尖峰，从而使接收到的信号变得平缓。TLC37组成的数字方波产生回路把经过TLC27滤波后的正弦波转变成相应的方波，以便于HT2012接收。
如图4所示，缓冲器74HC126的作用是使方波的上升沿和下降沿趋于平缓，使信号满足HART物理层规范所要求的信号波形上升沿和下沿的时要求，因为较平缓的上升沿和下降沿时间可以降低与其它网络间的串扰。
HT2012需要外部提供460.8kHz的时钟信号，且要求时钟频率的误差是±0.1%，若直接入一个460.8kHz的晶振不仅会引起系统功耗的增加，而且该晶振属于非标准晶振，需专门定制。为了解决这一问题，在系统中采用一片1.8432MHz的晶振以产生时钟信号，再经分频器CD4013进行4分颇，可输出1.8432MHz /4=460.8kHz的分频信号供HT2012使用。
AD421其内部的电压调节器与外部的场效应管DN25D对输入到AD421的电压进行调整，可提供+3.3V电压作为其他设备的电源。HART发出的FSK信号，经过一个电容耦合送到AD421中，转换成相应的±0.5mA正弦电流信号，实现电压信号到电流信号的转换，同时，叠加在4～20mA的电流上送给接收设备，实现了HART协议的信息的交换。本电路耦合电容取为0. 0033μF.
4 HART通讯协议的软件实现
4.1智能电磁流量计串口中断程序[5]
在串行口中断服务程序中，首先保护现场，然后判断是接收中断还是发送中断，若为接收中断则执行接收服务子程序，否则执行发送服务子程序。中断处理结束后，恢复现场并返回系统主程序。HART通信采用水平和垂直校验的方法。当检测到接收数据有差错时，则等到主设备命令帧发完后，通知主设备数据接收有误。主设备则重新发命令帧，从而保证通信的准确可靠。HART串口中断子程序流程图如图5所示。
图5串口中断程序
4.2 HART命令拆分子程序[6][7]
在对命令帧响应之前先要将该帧拆分，即首先判断该帧前导码是否正确，每接收一个前导码，计数器加1.再接收定界符，若为有效的定界符且前导码计数器大于1，则为HART帧的起始位置，根据定界符确定HART帧的类型，若为应答帧或成组模式帧则终止接收服务，等待载波结束；若为请求帧，则确定帧格式，设置接收长帧格式或短帧格式地址计数值，短帧格式地址接收1个字节，长帧格式地址接收5个字节。再接收命令号，数据字节长度字节，若数据字节长度字节出现奇偶校验错误则终止接收服务，等待载波结束；否则设置数据字节长度计数器，每接收一个数据字节，长度计数器减1，*后接收水平校验和。若接收请求地址匹配，对接收的HART帧异或求水平校验和，并与接收水平校验和进行比较，相同则表示无通讯错误，否则置水平校验和错误标志为1，结束接收服务并转入HART命令执行子程序。命令帧拆分程序流程如图6所示。
图6 HART命令帧拆分程序流程图
5结论
对研制的智能电磁流量计进行试验表明：该流量计集成化程度高、功能强、操作方便、性能可靠；具有自诊断、自检定功能和HART数据通讯功能；可测正反两个方向流量，也可测脉动流量；抗电磁干扰和温度性能好，适合于现场测量和显示；测量范围大，准确度高。
(流量计：admin)
