本文基于HART協(xié)議開(kāi)發(fā)了適用于半導(dǎo)體壓力傳感器的智能變送器，該變送器的硬件部分主要包括以下幾個(gè)模塊：MCU模塊、LCD顯示模塊、HART通信模塊、傳感器模塊和供電模塊等。系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示。智能壓力變送器的供電電壓選為3.3V，由穩(wěn)壓電源模塊MAX6129AEUK33-T提供。

傳感器模塊主要包括傳感器橋路，如圖4所示，其中，電阻R20的溫度系數(shù)應(yīng)不大于50PPM／℃。

MCU模塊主要由微處理器XE88LC0和非易失性存儲(chǔ)器EEPROM93AA76C組成，其中，XE8A8LC0內(nèi)置12位A/D轉(zhuǎn)換器和10位D/A轉(zhuǎn)換器。傳感器模塊輸出的壓力和溫度信號(hào)經(jīng)整形和帶通濾波電路后，分別接至微處理器內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)通道，并且使用傳感器電橋供電電壓作為A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓，以排除電橋不穩(wěn)定所造成的誤差。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，再由CPU進(jìn)行線性化處理、量程轉(zhuǎn)換、阻尼處理等運(yùn)算，zui后通過(guò)微處理器內(nèi)置的D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸出。EEPROM用來(lái)保存所有組態(tài)、特征化和數(shù)字微調(diào)數(shù)據(jù)。

HART通信模塊即為HART協(xié)議物理層的硬件實(shí)現(xiàn)。它采用微集成電路HT2012作為HART調(diào)制解調(diào)器。HT2012的工作頻率為460.8kHz，由獨(dú)立的微功耗震蕩器HT7210提供。從HART總線接收到的HART信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波、比較后送到HT2012，被解調(diào)成邏輯1或邏輯O的數(shù)字信號(hào)傳送給微處理器。同樣，微處理器送出的數(shù)字信號(hào)由調(diào)制解調(diào)器調(diào)制成相應(yīng)的1200Hz或2200Hz的FSK頻移鍵控信號(hào)后疊加在環(huán)路發(fā)送到HART總線上。HART通信方式為半雙工方式。

LCD顯示模塊通過(guò)HTl620芯片驅(qū)動(dòng)和控制有關(guān)數(shù)據(jù)的顯示。由于采用了電容型偏置電壓充電泵，HTl620的操作電流非常小，能夠滿足本系統(tǒng)低功耗的要求。

智能變送器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)低功耗。由于接入HART總線4～20mA環(huán)路中的智能變送器是從HART總線4~20mA電流環(huán)路上吸收直流且還要對(duì)網(wǎng)絡(luò)提供工作電源的A類(lèi)設(shè)備，因此意味著智能儀表供電的電流不能超過(guò)4mA。在實(shí)際應(yīng)用中，為了兼容數(shù)字和模擬兩種信號(hào)，通常將數(shù)字信號(hào)通過(guò)V/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成幅度為±O.5mA的音頻數(shù)字信號(hào)（1200Hz表示“1”，2200Hz表示“O”），疊加在4~20mA電流環(huán)上。由于對(duì)稱(chēng)性，此信號(hào)的平均值為O，因此模擬和數(shù)字信號(hào)互不干擾。但是，環(huán)路上的zui大電流瞬時(shí)值Imax=4.5mA，zui小值Imin=3.5mA，如果向變送器供電過(guò)多（超過(guò)3.5mA），將導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)負(fù)半周失真，考慮一定的余量，要求對(duì)變送器的供電電流不超過(guò)3.4mA。所以在元器件的選擇上要充分考慮如何降低功?摹?lt;BR>

本方案中．由于大量選用低功耗器件，比較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。數(shù)字電路工作在3.3V，在此條件下，XE88LC0在12位的ADC和10位的DAC同時(shí)工作并且保證CPU達(dá)到每秒二百萬(wàn)條指令的處理量的情況下，其工作電流為670μA，HT2012的典型工作電流為40μA，93AA76C的讀電流為500μA，HT7210在輸出為1MHz的情況下工作電流也不過(guò)130μA，而HTl620的工作電流小于3μA，另外整形電路、帶通濾波及其他模擬部分電路的電流不大于1.2mA。因此整個(gè)電路的總工作電流不大于2.1mA，遠(yuǎn)小于3.4mA。這樣變送器可以給傳感器模塊提供的zui大電流為1.3mA，這對(duì)許多傳感器來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。