基于HART协议的智能变送器设计

0mA信号的变化（尽管实验证明这个变化是很小的）。
　　
　　3CRC恒流原理是：其内部提供一稳定的1.24V从两管脚引出，在这两管脚上接1个电阻即可中输出恒流。计算公式为：I（mA）=1.24/R（kΩ）。只要保证3CRC的工作电压略大于1.24V即可正常工作。
　　
　　稳压管选用ZRC330。它的稳压值为3.3V，最小工作电流为20μA，最大吸收电流达5mA，温度系数50ppm是比较理想的器件。MAX1400的工作电流值小于150μA（3.3V供电），HT2012的功耗电流40μA，带通滤波器选用运放TLC27L2C，最大功耗电流仅为48μA。整形电路的74HC126工作于低频下最大电流500μA左右，剩下1.25mA电流供单片机消耗。
　　
　　单片机PIC16C73的功耗在4MHz时钟、Vdd=3V时，为2.0mA；而在4MHz和20MHz时钟、VDD=5V下工作时，电流值分别为2.7mA和13.5mA。可见适当降低单片机工作频率可使其功耗大幅度下降。由于PIC16C73除跳转指令外，均为单字节指令，指令周期仅为4个时钟周期同，其运行速度比其他类型的单片机快，适当降低工作频率其运行速度仍远远满足变送器实时要求。本设计单片机采用1MHz工作频率，其功耗的实验数据小于1mA。
　　
　　
　　
　　
　　HT2012工作主时钟为特殊的460.8kHz，需要特或向SMAR公司索取。本电路采用1片PIC16C58A[7]单片机，外接1.8432MHz晶振，经单片机4分频后，正好输出460.8kHz的时钟，直接供HT2012使用。PIC16C58A单片机是PIC系列单片机中的低挡产品，功耗与PIC16C73相当。由于电路由增加了1片单片机，整个电路的功耗将超出允许范围。为保证功耗要求，电路设计采用能量分时复用的方法：程序通过V1、V2、V3实现传感器和PIC16C58A的分时复用，即变送器在做A/D转换时，系统给传感器供电，当需要检测通信有无或主动进行通信时，单片机将给传感器的0.5mA关断，而将电流并入3.3V工作电源上，同时启动PIC16C58A。PIC16C58A的功耗指标为32kHz时钟，VDD=3V时典型值小于15μA。由于对PIC16C58A的某一I/O口（如RB）进行置高、置低操作，所以不怕程序"跑飞"，因此不需PIC16C58A片内的WDT功能，将它置于OFF状态，功耗大大降低。因此，PIC16C58A在1.8432MHz的时钟下工作，其功耗不会超过0.5mA。
　　
　　对数据存储器24LC65的功耗：读电流150μA，没有功耗问题；而写电流3mA，一般出现在数据通信完成之后的很短时间内，只要规定在通信时4～20mA电流信号作废，即可解决功耗要求问题。24LC65一定要接在4～20mA主电源中。
　　
　　从以上分析，电路功耗小于3.4mA的智能变送器，满足要求。
　　
　　结束语
　　
　　本文从智能变送器的基础功能出发，针对HART协议智能变送器的数据通信和功耗要求的特点，在大量实验的基础上，设计了智能压力/差压变送器应用电路，其中MAX1400、AD421、HT2012均通过了程序调试。在本电路中只用1只压力传感器，它就是压力变送器。如将压力传感器换为温度传感器主，就是HART协议智能温度变送器。由于水平的原因，文章中必然存在许多有待改进之处。希望本文的研究能对智能变送器的开发提供有益的帮助。
　　 《基于HART协议的智能变送器设计(第5页)》