[实用新型]一种用于变送器调理芯片的通信系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种芯片的通信方式，尤其涉及一种用于变送器调理芯片的通信系统。

背景技术

两线制4mA～20mA电流输出型的变送器被广泛用于各种工业控制领域，用于对压力、温度、流量等各种信号通过传感器检测，然后由调理芯片校准并实现电流变送输出。变送器的调理电路通常需要提供一个通信接口，以便在生产过程或者工业现场中对变送器进行标定和编程。常见的通信接口包括两种，HART(可寻址远程传感器高速通道通信协议)或者串口。

图1为基于HART通信协议的变送器方案，包含传感器，传感器调理变送芯片，HART调制解调芯片和电阻电容耦合网络。HART使用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4mA～20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯。HART协议通常需要一颗专用调制解调芯片对HART输入信号进行解调和对输出信号进行调制，以及一颗MCU芯片对HART协议进行解析，因此成本较高。

串口常见的通信协议如RS232，RS485或者I2C,SPI等，通常需要两根以上额外的接口线，带来额外的成本的同时，也带来一些生产上的不方便。图2为基于RS232串口通信的变送器方案，除了传感器和传感器调理变送芯片，还增加了3个额外的通信接口RX，TX和GND。

鉴于以上所述现有技术的缺点，有必要提供一种改良的通信方式来实现可靠，低成本的变送器调理方案。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种用于变送器调理芯片的通信系统，该通信系统及其方法不仅成本低而且解析方便、可靠。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种用于变送器调理芯片的通信系统，该系统基于两线制电流输出变送器，包括传感器和传感器调理变送芯片，传感器与传感器调理变送芯片连接，传感器调理变送芯片复用正电源端LOOP+进行通信，在正电源端LOOP+以电压形式通过电阻R1和电容C1的交流耦合输入信号；调制环路电流为输出信号进行传输，即负电源端LOOP-为信号输出端。无需额外的通信接口，相比大多数传统的通信协议如RS232，RS485或者I2C，SPI等协议，节省了端口资源。

作为优选，其电路结构部分为：包括控制器、数模转换器、运算放大器和三极管，所述电容C1的一端与正电源端LOOP+连接，其另一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端连接至传感器调理变送芯片的一个I/O口，即IN脚；所述I/O口通过施密特触发器连接至控制器,所述控制器与数模转换器连接，数模转换器通过电阻R2连接至运算放大器的正相输入端，所述运算放大器的输出端OUT连接至三极管的基极；三极管的集电极连接至电容C1和正电源端LOOP+之间，其发射集通过电阻R4连接至负电源端LOOP-；所述电阻R2上串联一电阻R3并连接至负电源端LOOP-；所述运算放大器的反相输入端连接至三极管的发射集。所述数模转换器、由电阻R2和R3组成的电阻网络、运算放大器、三极管以及电阻R4共同组成电流变送电路，输出信号通过对电流变送电路的调制后以电流形式输出。输入信号通过正电源端LOOP+交流耦合到传感器调理变送芯片的一个I/O口，通过交流耦合的方式实现了正电源端高压的隔离，在本电路结构部分通过交流耦合的方式隔离了电源的交流高压，避免了高电源电压损坏芯片内部部件；而且，由于电流变送电路为闭环结构，输出信号的抗干扰能力得到了增强。

作为优选，输入信号和输出信号均通过调节方波占空比来区分数据0和数据1，方波占空比为25％的信号代表数据0，方波占空比为75％的信号代表数据1。所述的通信数据格式比传统用于HART通信的FSK调制数据格式更加易于解析，不需要专用调制解调芯片对HART输入信号进行解调和对输出信号进行调制，以及一颗MCU芯片对HART协议进行解析，大大降低了变送器方案的成本。

一种用于变送器调理芯片的通信方法，包括以下步骤：

(1)传感器调理变送芯片在上电时设置了一个通信时间窗口；

(2)如果在通信时间窗口检测到了进入通信模式命令，芯片会进入通信模式；否则，芯片自动退出通信模式进入正常电流变送输出状态；

(3)在通信模式下，通过发送退出通信模式命令使芯片进入正常电流变送输出状态，或者通过发送禁用通信模式命令使芯片在下次上电后立刻进入正常电流变送输出状态，方便用户使用。

本实用新型的有益效果：本专利的通信系统是基于两线制电流输出变送器，包含电路架构和通信数据格式两部分，通过简化的电路构架和易于解析的通信数据格式，实现了一种可靠、低成本的变送器调理方案。