基于HART协议的高精度温度控制器设计

　　由于AD7714 的DRDY 高脉冲宽度为500×tCLKIN=203.5μs, 所以T3 应小于 203.5μs,T3=-R14C13ln0.5 取R14=200KΩ 求得C131.5nf, T2=-R14C13ln0.33=113μs T1=-R13C21ln0.33=TW-T2,因光耦最小响应脉宽为500μs 考虑余量取TW=2.3ms R13 取200KΩ 解得C21=0.00978μf,取C21=0.01μf。

　　3.2 信号输入电路设计

　　信号输入部分单偶、双偶、双阻、两线制热阻、三线制热阻、四线制热阻的连接，由高 频旁路穿心电容、恒流源、低通滤波网络（R1-R6、C3-C8）等组成。穿心电容用于衰减串 入信号线的高频信号，考虑信号线对地的绝缘强度，选用100P/500V 穿心电容。低通滤波 网络采用RC 滤波，考虑AD7714 输入阻抗要求，R 选用1.1K、C 选用0.1μf。R9、R10 用 作传感器断线检测，电阻阻值为22MΩ。输入电路还考虑了检测电阻信号时引线电阻补偿 计算。

　　3.3 通信信号滤波电路

　　通信信号滤波电路如图4。滤波电路由高通和低通滤波器组成带通滤波器，考虑到HART 通信信号包含上下半波，为了不引起信号失真，将直流工作点设在Vcc/2 上。由C33、C34、 R24、R27 及D2C 组成二阶高通滤波器，设C33=C34=C,R24=R27=RZE 则其传递函数为(3) 式。

　　取(4)分母字模等于v2 可求得截止频率为0.37/2πRC,根据HART 信号特点,高通截止频率一般 取600Hz。由R22、R23、C30 和D2B 组成一阶低通滤波器，设C22=R、C30=C，则其截止 频率为1/2πRC,HART 通信中一般取2500Hz。

　根据技术指标要求，基于HART 协议的温度控制器应是本质安全的，所以电路中所有 大的储能元件上都应加限压或限流保护元件，以达到本安指标要求。在可靠性设计方面重点 采用了降额设计技术,使大多数元器件的实际工作应力都≤0.1。

　　4 基于HART 协议的温度控制器的软件实现

　　温度控制器软件的开发是建立在对 HART 协议数据链路层、应用层研究基础上，并结 合温度控制器自身功能的要求以及硬件电路的连接进行的。实现温度控制器，除考虑硬件设 计外，软件设计是另一重要方面，根据温度控制器的功能要求和技术指标，软件设计的主要 内容有：

　　a、根据HART 协议规范，完成从设备数据链路层、应用层以及层间接口程序实现HART 通信链路连接，链路仲裁，信号接收、识别、响应和发送。

　　b、要考虑信号采集补偿、线性化处理和输出。

　　c、根据器件接口完成接口程序。

　　d、实现故障识别和报警、本地调试和显示。

　　软件工作原理如图5 所示，主要分为三个部分，一部分是信号的采集和输出；一部分是 HART 通信信号到来，进入中断，识别和响应通信信号，包含数据链路层、应用层和层间接 口等部分程序；另一部分是当有按键按下，进行本地参数组态。

　　本文作者创新点:

　　基于HART 协议的高精度温度控制器，与传统的现场仪表或智能现场仪表相比，在功 能上发生了飞跃，即增加了双向数字通信的功能，使温度控制器以其众多优点，在工业过程 控制系统、仪表管理系统以及这两个系统并存的网络中，有着良好的应用前景。