基于HART通讯的电浮筒液位计制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于HART通讯的电浮筒液位计，采样电路采集物位信号后送入MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4～20mA模拟信号传送出；HART通讯接口电路接收到外部的物位模拟信号后，解调转换为数字信号送MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4～20mA模拟信号传送出，电源电路为各个单元电路供电。此电浮筒液位计原有的电缆布置和控制策略可继续发挥作用；其次，可增加额外的数字信息，便于安装、调校、维护以及控制，从而节省了大量费用，同时又提高了电浮筒液位计的测量精度和利用率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种物体位置测量技术，特别涉及一种基于HART通讯的电浮筒液位计。
技术介绍
电浮筒液位计是根据阿基米德原理设计的浮力式液位仪表，其传感器由浮筒(长圆柱形)和扭管机构组成。浮筒垂直悬挂在杠杆上并浸没在测量室内的液体中，杠杆与扭管机构刚性连接。当浮筒处于干燥状态时，扭力管的弹力与浮筒的自身重力相平衡，浮筒处于悬空状态。当液位上升时引起浮力变大，扭力管的弹力相应减小，扭力管形成角度的变化，芯轴与扭力管同步旋转，将浮力的变化即液位变化转换成扭力管芯轴的角位移输出。转角输出到表头里的摇架组件上，带动固定在摇架上的磁钢组件发生位移变化，改变了霍尔效 应传感器检测到的磁场，霍尔传感器作相应的电压输出，通过电子线路部分转换成标准的电流信号输出。电浮筒液位计是物位测量仪表的一种，广泛应用于电力、冶金、石化、轻纺、食品、医药等行业。随着现场总线技术在工业过程控制领域的应用，自动化系统的网络化、总线化是大的趋势，原有的电浮筒液位计通过4 20mA模拟信号控制，不能进行数字通讯，不能满足现代工业系统的要求。由于HART协议具有兼容数字信号和模拟信号的特点，在不影响模拟信号控制的前提下可以进行数字通讯，具有现场和远程参数监控功能，在降低系统成本、提高控制精度和系统可靠性方面具有不可比拟的优势。目前具有HART协议的智能仪表在国内市场上一直被国外公司的产品所垄断，由于其高昂的价格和技术的垄断，使国内企业的生产成本大大增加，降低了企业的竞争能力，因此研发具有自主知识产权的基于HART通讯的电浮筒液位计具有很大的现实意义。
技术实现思路
本技术是针对现有电浮筒液位计无通讯功能的的问题，提出了一种基于HART通讯的电浮筒液位计，在二线制电浮筒液位计基础上增加了数字通信功能，采用Bell202FSK信号标准，可使数字信号与模拟信号在互不干扰的情况下同时进行传送，实现双向通τΗ ο本技术的技术方案为一种基于HART通讯的电浮筒液位计，包括采样电路、电源电路、HART通讯接口电路、MCU控制单元和人机接口界面，人机接口界面接收外部设置指令，与MCU控制单元通讯，采样电路采集物位信号后送入MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4 20mA模拟信号传送出；HART通讯接口电路接收到外部的物位模拟信号后，解调转换为数字信号送MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4 20mA模拟信号传送出，电源电路为各个单元电路供电。所述HART通讯接口电路包括MCU接口和变压器耦合接口，MCU本身带有串口可作为与HART MODEM的通讯接口。所述HART通讯接口电路中MCU接口选用A5191芯片，A5191芯片内HART协议采用标准的Bel 1202移频键控信号以1200波特率进行通信。本技术的有益效果在于本技术基于HART通讯的电浮筒液位计，原有的电缆布置和控制策略可继续发挥作用；其次，可增加额外的数字信息，便于安装、调校、维护以及控制，从而节省了大量费用，同时又提高了电浮筒液位计的测量精度和利用率。附图说明图I为本技术基于HART通讯的电浮筒液位计原理框图；图2为本技术基于HART通讯的电浮筒液位计中HART通信接口图。具体实施方式本技术通过采样单元将物位信号转换成对应的电信号，通过MCU控制电路单元对A/D采样电路的控制得到物位值，进行数据处理和运算后，转换成相应的4 20mA模拟输出信号传送至主控室接收；同时，HART通讯接口电路检测到叠加在4 20mA直流信号上的外部控制信号，解调出叠加的数字信号，传送给CPU进行处理；处理的结果经过HART通讯接口电路调制转换为HART信号要求的交变信号并叠加在直流信号上，从而实现与外界信息的数字通讯。本技术中，主要的变量和控制信息由4 20mA传送，在需要的情况下，其他过程参数、设备组态、校准和组态信息通过HART协议以数字通信的方式访问。如图I所示基于HART通讯的电浮筒液位计原理框图，基于HART通讯的电浮筒液位计由采样电路、电源电路、HART通讯接口电路、MCU控制单元和人机接口界面组成，人机接口界面接收外部设置指令，与MCU控制单元通讯，采样电路采集物位信号后送入MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4 20mA模拟信号传送出；HART通讯接口电路接收到外部的物位模拟信号后，解调转换为数字信号送MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4 20mA模拟信号传送出，电源电路为各个单元电路供电。MCU控制单元:MCU控制单元内部集成12位AD转换器、具有超低功耗并可以直接驱动IXD，高达60KB的FLASH存储器以及2KB的RAM可以节省许多外围芯片，大大简化硬件电路设计。HART通信接口电路该接口用MCU和HART MODEM芯片开发基于HART通讯的电浮筒液位计，简单方便，缩小了空间和成本。HART MODEM的主要功能模块由控制逻辑、载波检测、调制和解调四部分组成。它集成了输入滤波和输出整形的功能，可以简化接口电路设计实现系统的可靠性。HART通讯接口电路主要由MCU接口和变压器耦合接口构成。MCU本身带有串口可作为其与HART MODEM的通讯接口。当A5191的IRXA引脚上出现1200 (± 10)Hz或2200 (±20)Hz的频率信号时，则A5191的O⑶脚为高电平，MCU从Pl. 6检测到高电平后将Pl. 3置高电平，此时HART MODEM的INRTS脚检测到高电平，打开解调器对检测到的数字信号进行解调并将有效数据由ORXD传送给MCU进行处理。若OCD为低电平，说明总线空闲，这时MCU设定Pl. 3也为低电平，则A5191的调制器打开，将从ITXD接收的数据调制整形后由OTXA引脚发送。由OTXA发送的数据由运算放大器放大并经过变压器耦合到4 20mA直流信号上。HART协议采用标准的Bel 1202移频键控信号以1200波特率进行通信。其物理层采用两种不同频率(1200Hz和2200Hz，分别代表2进制的I和O)的正弦信号，叠加在4 20mA信号上进行通信，由于正弦信号的均值为0，并不干扰直流信号。它可使模拟信号和数字信号能同时进行双向通信而不互相干扰。本技术采用的是半双工的通信，采用简化的三层模型结构，即第一层物理层、第二层数据链路层和第七层应用层。物理层规定了信号的传输方法、传输介质；数据链路层规定了 HART帧的格式，实现建立、维护、终结链路通讯功能；应用层规定HART命令集。命令分为三类，即通用命令、普通命令和专用命令。通用命令提供了所有与现场设备有关的功能，这些命令包括读取制造厂家与设备类型；读初始变量与单位；读取电流输出与量程的百分比；读4个预定义的动态变量；读写8字符位号，16字符描述符，日期；读写32字符信息；读量程、单位和阻尼时间常数；读传感器系列号和界限；读写最末的装配零件数字；写轮询地址。常用命令提供常见的多种现场设备中的功能，但不是全部。包括读总共4个动 态变量的一组选择；写阻尼时间变量；写量程；校准测定(置零、置最大量程);设置固定的输出电流；执行自检；执行主机复位；调整初始变零；写本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于HART通讯的电浮筒液位计，其特征在于，包括采样电路、电源电路、HART通讯接口电路、MCU控制单元和人机接口界面，人机接口界面接收外部设置指令，与MCU控制单元通讯，采样电路采集物位信号后送入MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4～20mA模拟信号传送出；HART通讯接口电路接收到外部的物位模拟信号后，解调转换为数字信号送MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4～20mA模拟信号传送出，电源电路为各个单元电路供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，杨振荣，包伟华，
申请(专利权)人：上海自动化仪表股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：