电磁流量计传感器特殊的硬件设计

带有HART通讯协议的智能电磁流量计的硬件系统电路采用模块化设计，主要包括传感器模块，MCU模块、HART通讯模块和人机界面模块四个部分。

由单片机控制的低频励磁电流输出到传感器的励磁线圈中，同时来自电磁流量传感器的微小电势信号经前置放大后通过AD模数转换电路送入到单片机。单片机对这些信号进行数据采集，分析处理送至液晶显示屏进行瞬时流量和累积流量的显示。同时单片机通过计算公式对得到的流量值进行补偿，将补偿后的流量信号通过HART通讯模块实现与上位机的远程通讯。

3.1 HART通讯模块设计

HT2012 芯片用来实现HART 协议中通讯信号的解调及调制过程。图2为调制解调器与微处理器的连接。

HART 信号的解调过程：由带通滤波器输出的脉冲信号进入HT2012 后，调制解调器分别将脉冲信号中的1200Hz和2200Hz解调为数字1和0，再将数字信号由HT2012 的ORXD 端口输出，CPU 对接收到的数据进行判断并执行相应的任务。
图2 HART接口电路

3.2 HT2012 与外部接口

HART数字信号规范是峰值为1mA、平均值为0mA正弦交流电流信号,此信号经线路阻抗转化为正弦交流电压信号，而HT2012输入和输出信号是0～5V 的方波信号，因此在HT2012 和外部的HART 信号之间还需要有滤波电路和整形电路。

如图3所示，由TLC27组成的滤波器是带通滤波器，用来减少接收信号的噪声干扰。滤波器还用来消除波形中的尖峰，从而使接收到的信号变得平缓。TLC37组成的数字方波产生回路把经过TLC27 滤波后的正弦波转变成相应的方波，以便于HT2012 接收。
如图4所示，缓冲器74HC126 的作用是使方波的上升沿和下降沿趋于平缓,使信号满足HART物理层规范所要求的信号波形上升沿和下沿的时要求，因为较平缓的上升沿和下降沿时间可以降低与其它网络间的串扰。

HT2012需要外部提供460.8kHz的时钟信号，且要求时钟频率的误差是±0.1%，若直接入一个460.8kHz的晶振不仅会引起系统功耗的增加，而且该晶振属于非标准晶振，需专门定制。为了解决这一问题，在系统中采用一片1.8432MHz的晶振以产生时钟信号，再经分频器CD4013进行4分颇，可输出1.8432MHz /4=460.8kHz的分频信号供HT2012使用。

AD421其内部的电压调节器与外部的场效应管DN25D对输入到AD421的电压进行调整，可提供+3.3V电压作为其他设备的电源。HART发出的FSK信号，经过一个电容耦合送到AD421中，转换成相应的±0.5mA正弦电流信号，实现电压信号到电流信号的转换，同时，叠加在4～20mA的电流上送给接收设备，实现了HART协议的信息的交换。本电路耦合电容取为0. 0033μF。