一种带HART通讯功能的电流信号源的制作方法

本实用新型涉及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种带hart通讯功能的电流信号源。

背景技术：

hart手操器，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议(hart，highwayaddressableremotetransducer)，是美国rosemount公司推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。hart手操器是把多功能校验仪的传统功能和hart通讯功能结合在一起，既能完成包括电压，电流，热电偶，热电阻，频率，电阻，压力在内的常规校验，又能用来与所有流行hart智能变送器直接通信，作为一台多功能手操器使用，用于维护和诊断hart仪表。

所有的hart手操器都是在有源的条件下工作，也就是说仪表上必须先有4～20ma的电流信号，hart信号才能载入。可以读出和检测通用参数。许多用户和执行器生产厂家在产品效益中并不需要hart通讯功能，但有需要知道产品是否具备此功能。

一般的方法是用一个电流信号源提供信号，再用一个昂贵的475或375手操器进行通讯，90％以上只是了解一下仪表是否带有hart通讯功能而已，这完全是一种浪费，更有甚者将不带hart通讯功能的产品冒名出售。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种带hart通讯功能的电流信号源，用于解决现有技术中检测仪表是否带有hart通讯功能，需要另外使用hart手操器配合电流信号源进行检测，不仅检测接线过程复杂度增加，同时购买hart手操器也造成了成本的浪费的问题。

一种带hart通讯功能的电流信号源，包括：点阵屏显电路及按键电路、微控制单元mcu、供电及升压电路、数模转换电路以及hart通讯电路；点阵屏显电路及按键电路与mcu连接，可寻址远程传感器高速通道hart通讯电路、数模转换电路皆与mcu连接，供电及升压电路为mcu和数模转换电路供电，hart通讯电路与数模转换电路连接。

较佳的，mcu采用型号为80c51f930单片机。

较佳的，hart通讯电路采用ht2015芯片。

较佳的，数模转换电路采用ad421芯片。

本实用新型的有益效果包括：在电流信号源的基础上，嵌入了部分hart通讯功能，可以检测到被测仪表是否具备hart通讯功能，并读出通用参数。使得改造后的电流信号源可以直接和被测仪表进行hart通讯，不仅方便接线，简化测试过程，且降低了成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的带hart通讯功能的电流信号源的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种带hart通讯功能的电流信号源，以下结合说明书附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参阅图1所示，一种带hart通讯功能的电流信号源，包括：点阵屏显电路及按键电路1、微控制单元mcu2、供电及升压电路3、数模转换电路5以及hart通讯电路4；点阵屏显电路及按键电路1与mcu2连接，可寻址远程传感器高速通道hart通讯电路4、数模转换电路5皆与mcu2连接，供电及升压电路3为mcu2和数模转换电路5供电，hart通讯电路4与数模转换电路5连接。

其中，为降低系统功耗，提高信号质量和系统稳定性，本实用新型实施例中的带hart通讯功能的电流信号源采用高集成度的芯片来实现功能。mcu2采用型号为80c51f930单片机。4～20ma电流的产生采用美国adi公司的ad421芯片来实现。ad421是一种单片高性能数模转换器，它内部含有电压调整器、16位∑-△dac、电流放大器、数字接口和参考电压供电电路等模块。hart通讯电路4采用ht2015芯片，ht2015是专门针对hart协议要求设计的hart信号调制解调芯片。

硬件的工作原理，被测带有hart通讯功能的仪表与本实用新型中的带hart通讯功能的电流信号源通过4～20ma电流环路相连。对于hart协议的数字信号，在发送时，通过按键电路进行输入，单片机在收到后将数字信号送到ht2015芯片，由ht2015芯片调制成正弦波信号后送到ad421芯片，由ad421芯片将数字信号以fsk的方式调制到4～20ma电流环路上。在接收时，将电流环路上传送一定频率的信号提取出来送到ht2015芯片解调，一定频率为hart信号调制时采用的频率范围。ht2015芯片将正弦波信号调制成数字信号，送到单片机，由单片机对信号进行处理。

对于模拟信号，按键电路对单片机进行输入操作，单片机向ad421发送16位数字量，ad421将该16位数字量进行a/d转换在电流环路上产生相应的电流值。

对于模拟信号与数字信号的叠加，ht2015芯片产生正弦波信号后，利用ad421芯片可以将产生的正弦波信号调制在总线上，并且使数字信号与模拟信号互不干扰的输出。

以下对本实用新型提供的带hart通讯功能的电流信号源进行详细介绍。

ad421由供电及升压电路3供电，16为数字信号以串行方式输入，ad421将单片机送入其锁存器的16位数字量转换成4～20ma的电流输出，实现模拟信号的输出功能；ad421将经由ht2015芯片调制后送入的数字信号以fsk方式调制在4～20ma电流环路上以实现hart协议的数字输出功能。ad421与单片机的i/o口直接相连，使用时，将单片机发送的数字信号逐位读入并放入芯片内部的移位寄存器中，并在芯片内部将移位寄存器中的数据存入dac锁存器以完成电流转换。由dac输出的电流经过滤波器、电流放大器最终被送到电流环路上以实现模拟输出。其中，单片机送入的16位数字信号全0时，ad421输出4ma的电流，当送入的16位信号全1时，ad421输出20ma的电流。

hart协议使用了频移键控(fsk)信号，即在4～20ma模拟信号上叠加了±0.5ma的数字信号，由于数字fsk信号相位连续，平均值为0，所以不影响4～20ma模拟传输。数字信号用两个频率表示：1200hz的正弦波代表逻辑“1”，2200hz的正弦波代表逻辑“0”。ht2015内部包含5个主要模块：振荡器模块，控制逻辑模块，载波检测模块，调整及发送波形整形模块，接收滤波器及解调模块。由ht2015芯片送出的1200hz和2200hz数字信号被送到ad421芯片的其中一个电容管脚，经过ad421芯片内部的电流放大器，与ad421芯片产生的模拟信号耦合，一同送出至被测带有hart通讯功能的仪表。

被测带有hart通讯功能的仪表返回hart信号时，hart信号被送到ht2015的接收滤波器进行滤波和解调为“0”“1”数字信号，单片机接受到hart信号后进行命令解释，通过点阵屏显电路进行显示。

hart通讯协议有256条指令，128条通用指令，另外128条指令为专用指令，根据仪表的功能和生产厂家的不同有差异。我们只使用了00，01，02，03#通用指令，可以读出生产厂家代码和3个基本工作参数。其他功能的命令是可以根据需要进行扩展。