Entwicklung eines Hart-Drucktransmitters mit dem heimischen Hart-Chip HART1200M
Das HART-Protokoll spielt bei der Entwicklung von Sensortransmittern eine wichtige Rolle. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei einfachen Messumformerkonstruktionen traditionell ein Analogwert, oft Prozessvariable (PV) genannt, durch eine Stromschleife geleitet wird. Dieser PV ist typischerweise mit einem Sensorwert (Feuchtigkeit, Temperatur, pH-Wert, Druck) verbunden, der durch ein analoges 4- bis 20-mA-Signal dargestellt wird. Der Analogwert kann kilometerlange Kabel zurücklegen, um den analogen Front-End-Schaltkreis zu erreichen, der den Potenzialabfall am Shunt-Widerstand aufzeichnet und den übertragenen Sensorwert interpretiert.
Das ist großartig, wenn Sie einen Wert über eine langwierige Verkabelung kommunizieren möchten. Was aber, wenn Sie über dieselben beiden Leitungen zusätzliche Daten senden oder empfangen möchten? Durch die Einbeziehung von HART in das Senderdesign.
Durch die Aufnahme von aHART-ModemJetzt kann Ihr Messumformerdesign eine Vielzahl von Kalibrierungsroutinen kommunizieren, Diagnosedaten senden oder PVs von anderen Sensorplattformen kommunizieren. Diese Kommunikation kann über die HART-Frequenzumtastungswellenform (FSK) erfolgen, die mit einem analogen Stromsignal gekoppelt ist .
Bevor Sie sich mit den Details des Zweidraht-HART-Transmitterdesigns befassen, nehmen Sie an einem Crashkurs (oder Auffrischungskurs) zum einfachen Zweidraht-Transmitterdesign teil. Haben Sie die Auffrischung schon abgeschlossen? Erstaunlicherweise haben Sie die Hälfte geschafft.
Beginnen wir mit der in Abbildung 1 gezeigten Schaltung.
Diese Schaltung mag ein wenig abschreckend aussehen, aber der einzige Unterschied zwischen dieser Schaltung und der im Blogbeitrag „Simple Two-Wire Transmitter Design“ gezeigten Schaltung ist die Einbeziehung des DAC8740H HART-Modems. Der niedrige Ruhestrom des DAC8740H HART-Modems beträgt 180 µA. Dies macht dieses Modem zu einem hervorragenden Kandidaten für eine Sensor-Sender-Lösung mit geringem Stromverbrauch. Die Verstärkung des Schleifenstroms (1+R3/R4) wird mit der im Kollisionsverfahren gezeigten Methode bestimmt.
Es gibt nur zwei Verbindungen zwischen denHART-Modemund dem Sender, wie in Abbildung 2 dargestellt. Der DAC8740H MODOUT-Pin des HART-Modems ist über einen AC-Kopplungskondensator C1 mit dem Sender verbunden. Dieser Kondensator bildet zusammen mit R6 einen Hochpassfilter, der Frequenzen unterhalb der ausgewählten Grenzfrequenz von 1/(2 x π x R6 x C1) dämpft.
Während des Betriebs wird das HART-FSK-Signal von MODOUT angesteuert und dem Analogwert des Schleifenstroms mit einer FSK-Amplitude von 1 mApp überlagert. Der Widerstand R6 ändert und stellt die FSK-Amplitude ein, die in Reihe vom HART-Modem mit dem nichtinvertierenden Anschluss von U3 verbunden ist. Durch Überlagerung berechnet Gleichung 1 die Wechselstromkomponente der Stromschleife wie folgt:
Gleichung 1:
Somit ist R6 = (VHART/IIOUT pp) (1 + R3/R4).
Durch Ersetzen der schematischen Werte von R3, R4 und der Spitze-zu-Spitze-Spannung von MODOUT ergibt sich der Wert von R6. Sobald der Wert von R6 ermittelt wurde, kann C1 durch Auswahl der Grenzfrequenz des Hochpassfilters berechnet werden. In einem hochpräzisen, schleifengespeisten 4-mA- bis 20-mA-Feldsender mit HART-Modem-Referenzdesign beträgt eine Grenzfrequenz von 679 Hz stellt sicher, dass Rauschen und Frequenzen unter 1200 Hz und 2200 Hz effizient gedämpft werden, ohne den HART-Band-Frequenzbereich wesentlich zu beeinträchtigen.
Der HART-Signalempfangspin – der DAC8740H MOD_IN-Pin – ist über den AC-Kopplungskondensator C2 mit dem positiven Busstromnetz der Senderschaltung und mit dem internen Bandpassfilter verbunden.
Der nächste Schritt besteht darin, eine intelligente Sensor-Transmitter-Lösung zu schaffen, indem eine Sensorschnittstelle wie der TMP116 ausgewählt wird, die eine bessere Genauigkeit bietet als ein Widerstandstemperaturdetektor (RTD) der Klasse A mit einem einzigen Chip.
