[发明专利]基于HART通讯的磁性位置物位计

说明书

技术领域

本发明涉及一种物体位置测量技术，特别涉及一种基于HART通讯的磁性位置物位计。

背景技术

磁性位置物位计是根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计的浮球在导管上随之升降，浮球内磁钢的磁力吸合导管中的干簧管，改变了电子线路的输入阻抗，电流输出随之改变，达到测量液位的目的。

磁性位置物位计是物位测量仪表的一种，广泛应用于电力、冶金、石化、轻纺、食品、医药等行业。随着现场总线技术在工业过程控制领域的应用，自动化系统的网络化、总线化是大的趋势，原有的磁性位置物位计通过4～20mA模拟信号控制，不能进行数字通讯，不能满足现代工业系统的要求。

由于HART协议具有兼容数字信号和模拟信号的特点，在不影响模拟信号控制的前提下可以进行数字通讯，具有现场和远程参数监控功能，在降低系统成本、提高控制精度和系统可靠性方面具有不可比拟的优势。

目前具有HART协议的智能仪表在国内市场上一直被国外公司的产品所垄断，由于其高昂的价格和技术的垄断，使国内企业的生产成本大大增加，降低了企业的竞争能力，因此研发具有自主知识产权的基于HART通讯的磁性位置物位计具有很大的现实意义。

发明内容

本发明是针对现有的磁性位置物位计无法实现数字通讯的问题，提出了一种基于HART通讯的磁性位置物位计，在二线制磁性位置物位计基础上增加了数字通信功能，采用Bell202 FSK信号标准，可使数字信号与模拟信号在互不干扰的情况下同时进行传送，实现双向通讯。

本发明的技术方案为：一种基于HART通讯的磁性位置物位计，包括采样电路、电源电路、HART通讯接口电路、MCU控制单元和人机接口界面，人机接口界面接收外部设置指令，与MCU控制单元通讯，采样电路采集物位信号后送入MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4～20mA模拟信号传送出；HART通讯接口电路接收到外部的物位模拟信号后，解调转换为数字信号送MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4～20mA模拟信号传送出，电源电路为各个单元电路供电。

所述HART通讯接口电路包括MCU接口和变压器耦合接口，MCU本身带有串口可作为与HART MODEM的通讯接口。所述HART通讯接口电路中MCU接口选用A5191芯片，A5191芯片内HART协议采用标准的Bell202移频键控信号以1200波特率进行通信。

本发明的有益效果在于：本发明基于HART通讯的磁性位置物位计，原有的电缆布置和控制策略可继续发挥作用；其次，可增加额外的数字信息，便于安装、调校、维护以及控制，从而节省了大量费用，同时又提高了磁性位置物位计的测量精度和利用率。

附图说明

图1为本发明基于HART通讯的磁性位置物位计原理图；

图2为本发明基于HART通讯的磁性位置物位计中HART通信接口图。

具体实施方式

本发明通过采样单元将物位信号转换成对应的电信号，通过MCU控制电路单元对A/D采样电路的控制得到物位值，进行数据处理和运算后，转换成相应的4～20mA模拟输出信号传送至主控室接收；同时，HART通讯接口电路检测到叠加在4～20mA直流信号上的外部控制信号，解调出叠加的数字信号，传送给CPU进行处理；处理的结果经过HART通讯接口电路调制转换为HART信号要求的交变信号并叠加在直流信号上，从而实现与外界信息的数字通讯。本发明中，主要的变量和控制信息由4～20mA传送，在需要的情况下，其他过程参数、设备组态、校准和组态信息通过HART协议以数字通信的方式访问。

如图1所示原理图，基于HART通讯的磁性位置物位计由采样电路、电源电路、HART通讯接口电路、MCU控制单元和人机接口界面组成，人机接口界面接收外部设置指令，与MCU控制单元通讯，采样电路采集物位信号后送入MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4～20mA模拟信号传送出；HART通讯接口电路接收到外部的物位模拟信号后，解调转换为数字信号送MCU控制单元，MCU控制单元计算处理数据后通过D/A转换电路转换为4～20mA模拟信号传送出，电源电路为各个单元电路供电。

MCU控制单元：MCU控制单元内部集成12位AD转换器、具有超低功耗并可以直接驱动LCD，高达60KB的FLASH存储器以及2KB的RAM可以节省许多外围芯片，大大简化硬件电路设计。