Ontwikkeling van een hartdruktransmitter met behulp van een binnenlandse hartchip HART1200M
Het HART-protocol neemt een belangrijke plaats in bij het ontwerp van sensorzenders. Samenvattend geven eenvoudige zenderontwerpen traditioneel een analoge waarde door, vaak een procesvariabele (PV) genoemd, door een stroomlus. Deze PV wordt doorgaans geassocieerd met een sensorwaarde (vochtigheid, temperatuur, pH, druk) die wordt weergegeven door een analoog signaal van 4 tot 20 mA. De analoge waarde kan kilometers draad afleggen om de analoge front-end-circuits te bereiken, die de potentiaaldaling over de shuntweerstand registreren terwijl deze de verzonden sensorwaarde interpreteert.
Dit is geweldig als u een waarde wilt communiceren via langdurige bedrading. Maar wat als u extra gegevens via dezelfde twee draden wilt verzenden of ontvangen? Door HART op te nemen in het zenderontwerp.
Door het opnemen van eenHART modemkan uw zenderontwerp nu een breed scala aan kalibratieroutines communiceren, diagnostische gegevens verzenden of PV's van andere sensorplatforms communiceren. Deze communicatie kan tot stand worden gebracht via de HART Frequency Shift Keying (FSK)-golfvorm, die is gekoppeld aan een analoog stroomsignaal .
Voordat u zich verdiept in de details van het ontwerp van een tweedraads HART-transmitter, moet u eerst een spoedcursus (of opfriscursus) volgen over het ontwerp van een eenvoudig tweedraads-transmitter. Heb jij de opfriscursus al afgerond? Wonderbaarlijk genoeg ben je al halverwege.
Laten we beginnen met het circuit dat wordt weergegeven in figuur 1.
Dit circuit ziet er misschien een beetje intimiderend uit, maar het enige verschil tussen dit circuit en het circuit dat wordt getoond in de blogpost Simple Two-Wire Transmitter Design is de toevoeging van het DAC8740H HART-modem. De lage ruststroom van het DAC8740H HART-modem is 180 µA, wat deze modem tot een uitstekende kandidaat maakt voor een sensor-zenderoplossing met laag vermogen. De versterking van de lusstroom (1+R3/R4) wordt bepaald met behulp van de methode die wordt getoond in de botsingsprocedure.
Er zijn slechts twee verbindingen tussen deHART modemen de zender, zoals weergegeven in afbeelding 2. De DAC8740H MODOUT-pin van het HART-modem is verbonden met de zender via een AC-koppelcondensator, C1. Deze condensator creëert, samen met R6, een hoogdoorlaatfilter dat frequenties onder de geselecteerde afsnijfrequentie van 1/(2 x π x R6 x C1) verzwakt.
Tijdens bedrijf wordt het HART FSK-signaal aangestuurd door MODOUT en gesuperponeerd op de analoge waarde van de lusstroom met een FSK-amplitude van 1mApp. Weerstand R6 verandert en stelt de FSK-amplitude in die in serie is verbonden van het HART-modem met de niet-inverterende aansluiting van U3. Door superpositie berekent vergelijking 1 de AC-component van de huidige lus als:
Vergelijking 1:
Dus R6 = (VHART/IIOUT pp) (1 + R3/R4).
Door de schematische waarden van R3, R4 en de piek-tot-piekspanning van MODOUT te vervangen, wordt de waarde van R6 onthuld. Zodra de waarde van R6 is verkregen, kan C1 worden berekend door de afsnijfrequentie van het hoogdoorlaatfilter te selecteren. In een zeer nauwkeurige, lusaangedreven veldzender van 4 mA tot 20 mA met een HART-modemreferentieontwerp, wordt een afsnijfrequentie van 679 Hz zorgt ervoor dat ruis en frequenties onder 1200 Hz en 2200 Hz efficiënt worden gedempt zonder het frequentiebereik van de HART-band aanzienlijk te beïnvloeden.
De HART-signaalontvangstpin - de DAC8740H MOD_IN-pin - is verbonden met het positieve busvoedingsnetwerk van het zendercircuit via AC-koppelcondensator C2 en met het interne banddoorlaatfilter.
De volgende stap is het creëren van een slimme sensor-zenderoplossing door te kiezen voor een sensorinterface zoals de TMP116, die een betere nauwkeurigheid biedt dan een klasse A-weerstandstemperatuurdetector (RTD) op één enkele chip.
