本文基于HART協(xié)議開發(fā)了適用于半導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)應不大于50PPM／℃。

MCU模塊主要由微處理器XE88LC0和非易失性存儲器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。在進行A/D轉(zhuǎn)換后，再由CPU進行線性化處理、量程轉(zhuǎn)換、阻尼處理等運算，zui后通過微處理器內(nèi)置的D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電流信號輸出。EEPROM用來保存所有組態(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，由獨立的微功耗震蕩器HT7210提供。從HART總線接收到的HART信號經(jīng)過放大、濾波、比較后送到HT2012，被解調(diào)成邏輯1或邏輯O的數(shù)字信號傳送給微處理器。同樣，微處理器送出的數(shù)字信號由調(diào)制解調(diào)器調(diào)制成相應的1200Hz或2200Hz的FSK頻移鍵控信號后疊加在環(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HTl620芯片驅(qū)動和控制有關數(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。

智能變送器設計的關鍵在于如何實現(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網(wǎng)絡提供工作電源的A類設備，因此意味著智能儀表供電的電流不能超過4mA。在實際應用中，為了兼容數(shù)字和模擬兩種信號，通常將數(shù)字信號通過V/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成幅度為±O.5mA的音頻數(shù)字信號（1200Hz表示“1”，2200Hz表示“O”），疊加在4~20mA電流環(huán)上。由于對稱性，此信號的平均值為O，因此模擬和數(shù)字信號互不干擾。但是，環(huán)路上的zui大電流瞬時值Imax=4.5mA，zui小值Imin=3.5mA，如果向變送器供電過多（超過3.5mA），將導致數(shù)字信號負半周失真，考慮一定的余量，要求對變送器的供電電流不超過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問題。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同時工作并且保證CPU達到每秒二百萬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。因此整個電路的總工作電流不大于2.1mA，遠小于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，這對許多傳感器來說已經(jīng)足夠了。