CN105159197A - 一种通过usb接口读取hart仪表参数的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过USB接口读取HART仪表参数的系统，应用于自动化仪表控制领域，本发明主要是利用协议控制模块来对上位机系统发送出来的命令进行解析，并将解析得到的信号通过HART信号收发模块发送至HART仪表中，以读取对应的HART信号参数，之后该HART信号参数再经由HART信号收发模块和协议转换模块传回至上位机中进行显示。本发明相对现有技术，可以实现HART协议仪表参数测试的低廉化，省去现有技术中必须采用价格昂贵的专业测试设备的开销，大大降低了维护成本。

Description

一种通过USB接口读取HART仪表参数的系统
技术领域
本发明涉及自动化仪表测试技术领域，特别是涉及一种通过USB接口读取HART仪表参数的系统。
背景技术
多年来，HART协议智能仪表一直是工业自动化领域的主流通信协议，HART协议信号叠加在仪表的4-20毫安电流环路上，用峰-峰值约0.5毫安的电流表示，其中1200Hz频率为数字1，2200Hz频率为数字0。HART协议仪表的参数读写一般都是通过各大厂家生产的专有的手操器来完成。通常这类手操器产品的价格昂贵,后期产品升级的费用也较高,同时由于手操器的程序是固化的,不能对其进行二次编程,灵活度不高。因此有必要设计一种价格低廉,可二次编程的的HART协议仪表参数读取系统。而PC机是目前最普遍的通用开发工具,价格低廉,支持多种编程方式开发,尤其是现在得PC机尤其是便携式笔记本都取消了并口和串口配置，只有USB接口，因此,本系统采用通过PC机USB接口口发送命令给HART协议解析CPU,来读取HART仪表参数。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种通过USB接口读取HART仪表参数的系统，用于解决在现有HART协议仪表参数测试中需要由价格昂贵的专业设备来进行操作的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：
一种通过USB接口读取HART仪表参数的系统，包括上位机系统和HART仪表，所述系统还包括：协议转换模块，通过USB接口与上位机系统进行通信连接，用于对上位机系统输出的HART命令进行解析得到包含对应的通用命令类型的数字信号并予以输出，以及还用于对HART仪表回传的HART信号参数进行转换后上传至上位机系统；HART信号收发模块，连接于所述协议转换模块并通过一检流电阻与所述HART仪表连接，用于将所述协议转换模块输出的数字信号转换成的标准HART信号并将其注入到所述间流电阻上以供HART仪表识别，以及还用于将所述HART仪表响应所述标准HART信号并回传输出的HART信号参数发送至协议转换模块。
作为上述通过USB接口读取HART仪表参数的系统的优选方案，所述协议转换模块为C5051F340型的USBFLASH微控制器，其中，所述USBFLASH微控制器的管脚7、8、9、10分别依次连接USB接口的1、2、3、4针脚，USBFLASH微控制器的管脚27、28、29、30、31分别连接连接HART信号收发模块。
作为上述通过USB接口读取HART仪表参数的系统的优选方案，所述HART信号收发模块至少由A5191型HART协议解调集成芯片和隔离变压器T1构成，其中，隔离变压器T1输入端分别通过电阻R1和一比较器分别依次连接芯片A5191的管脚16和管脚11，比较器的输出端通过一电阻R2与隔离变压器T1输入端连接，比较器的同相输入端连接芯片A5191的管脚11，比较器的反向输入端通过一电阻R4连接比较器的输出端；隔离变压器T1的输出端并联连接在检流电阻Rx的两端，所述检流电阻的一端连接正极电源，所述检流电阻Rx的另一端连接HART仪表；芯片A5191的管脚11依次串联连接电阻R5和电阻R6后接地连接，芯片A5191的管脚12连接于电阻R5和电阻R6之间，芯片A5191的管脚6、管脚15、管脚18及管脚22依次通过一电容C2、电容C3、电容C4及电容C5接地连接，芯片A5191的管脚6和管脚22之间还并联有一电阻R7，芯片A5191的管脚17通过一电阻R8连接芯片A5191的管脚18，芯片A5191的管脚1、管脚5、管脚7、管脚8、管脚9、管脚14、管脚20及管脚21分别接地连接，管脚13通过一电阻R9连接于管脚7，芯片A5191的管脚23,管脚27,管脚19,管脚24,管脚26分别连接USBFLASH微控制器的管脚27、管脚28、管脚29、管脚30、管脚31。
相对现有技术，本发明提供的以上方案可以实现HART协议仪表参数测试的低廉化，省去现有技术中必须采用价格昂贵的专业测试设备的开销，大大降低了维护成本。
附图说明
图1显示为本发明通过USB接口读取HART仪表参数的系统的实施方式原理图。
图2显示为本发明中协议转换模块的一实施方式原理图。
图3显示为本发明中HART信号收发模块的一实施方式原理图。
图4显示为利用本发明来实现HART仪表参数检测的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
目前，市场上HART协议仪表参数测试主要是通过大公司专用手操器实现，如罗斯蒙特公司的475手操器,这类手操器价格昂贵,基本模块价格在3万美金左右,维护也需要专门人员,并且读取HART协议仪表参数的界面是固态的,不能满足客户的多种显示需要。为了解决上述问题，本发明提出了一种制造成本低廉的HART仪表参数读取电路，以下将对本发明提供的技术方案进行详细地说明。
请参见图1，给出了一种通过USB接口读取HART仪表参数的系统实施方式原理图，如图所示，所述系统包括上位机系统、协议转换模块及HART信号收发模块，其中，协议转换模块通过USB接口与上位机系统进行通信连接，用于对上位机系统输出的HART命令进行解析得到包含对应的通用命令类型的数字信号并予以输出，HART信号收发模块连接于协议转换模块，用于将协议转换模块输出的数字信号转换成供HART仪表识别的标准HART信号并将在HART仪表响应该标准HART信号后回传输出的HART信号参数发送至协议转换模块，协议转换模块再对该HART信号参数进行转换后上传至上位机系统。
结合上述方案，再以具体实施中利用通用命令来读取HART仪表信号参数为例来对上位机系统启动一次HART仪表参数检测的过程进行说明：操作人员首先可以在上位机系统来选择通用命令类型,接着上位机系统通过USB接口将通用命令类型传送给协议转换模块,协议转换模块通过事先定义好的协议对该通用命令类型解析解析，得到包含通用命令类型的数字信号,接着HART信号收发模块依据标准HART协议将该数字信号转换成标准HART信号发送至HART仪表中，HART仪表接收到该标准HART信号后回传输出相应的HART信号参数并被HART信号收发模块所接收，HART信号收发模块将该HART信号参数发送至协议转换模块，最后协议转换模块再将该HART信号参数上传至上位机系统中进行显示,至此完成一次完整的HART命令收发过程。
在具体实施中，再参考图1，HART仪表与HART信号收发模块之间是通过一检流电阻Rx来进行耦合连接的，也就是说，HART信号收发模块将标准HART信号发送至检流电阻Rx上以供HART仪表识别，同时HART信号收发模块也是通过检流电阻Rx来识别接收HART仪表输出HART信号参数；另外，HART仪表也是通过检流电阻Rx来识别接收标准HART信号的。
再参考图2，给出了协议转换模块的一种实施方式原理图，如图所示，在本实施中，协议转换模块采用C5051F340型的USBFLASH微控制器(下文简称：控制器)，其中，控制器的管脚7、管脚8、管脚9、管脚10分别依次连接USB接口(AMP4)的1、2、3、4针脚，控制器的管脚27、管脚28、管脚29、管脚30、管脚31分别连接连接HART信号收发模块(下文将详细描述)。
再结合图3，给出了HART信号收发模块的一种实施方式图，如图所示，HART信号收发模块采用A5191型HART协议解调集成芯片和隔离变压器T1，其中，隔离变压器T1输入端分别通过电阻R1和一比较器分别依次连接芯片A5191的管脚16和管脚11，其中，比较器的输出端通过一电阻R2与隔离变压器T1输入端连接，比较器的同相输入端连接芯片A5191的管脚11，比较器的反向输入端通过一电阻R4连接比较器的输出端；隔离变压器T1的输出端并联连接在检流电阻Rx的两端，所述检流电阻Rx的一端连接正极电源，所述检流电阻的另一端连接HART仪表，其中隔离变压器T1输出端的一端通过电阻R3连接在检流电阻Rx和HART仪表之间，另一端通过电容C1连接在检流电阻Rx的另一端。
另外，芯片A5191的管脚11通过依次串联连接电阻R5和电阻R6后接地连接，芯片A5191的管脚12连接于电阻R5和电阻R6之间，芯片A5191的管脚6、管脚15、管脚18及管脚22依次通过一电容C2、电容C3、电容C4及电容C5接地连接，芯片A5191的管脚6和管脚22之间还并联有一电阻R7，芯片A5191的管脚17通过一电阻R8连接芯片A5191的管脚18，芯片A5191的管脚1、管脚5、管脚7、管脚8、管脚9、管脚14、管脚20及管脚21分别接地连接，管脚13通过一电阻R9连接于管脚7，芯片A5191的管脚23,管脚27,管脚19,管脚24,管脚26分别连接前述控制器的管脚27、管脚28、管脚29、管脚30、管脚31，其余管脚可以做悬空处理。
具体地讲，上述作为协议转换模块的控制器，通过芯片A5191来实现数字信号至模拟信号的转换,将控制器输出的数字信号转变为1200Hz和2200Hz的模拟信号(即标准HART信号)并通过隔离变压器T1注入到供HART仪表识别的检流电阻上，从而实现信号转换。
再具体地，请参见图4并结合图1-3，其中，图4为实现HART仪表参数检测的流程图，其中，控制器(即协议转换模块)采用C5051F340芯片，该控制器内置USB协议解析电路及固件单元，使USB协议处理过程大为简化。上位机启动一次HART仪表参数检测过程，以通用命令为例，根据上位机程序界面可选择通用命令类型,上位机程序通过USB接口将命令传送给控制器C5051F340,控制器通过预设的协议解析对应的通用命令类型,并根据标准HART协议的要求通过HART信号收发模块将包含HART信息的标准HART信号发送到检流电阻Rx上,这样HART信息就耦合到HART仪表上,HART仪表接收到对应HART信息后传送相应HART信号参数在电阻Rx两端,该HART信号参数又通过HART信号收发模块传回控制器,并通过USB接口最终回传到上位机中显示，至此完成以此完整的HART命令收发过程。
综上所述，本发明提供的上述方案不仅在制造成本上较现有技术来得低廉，而且同样可以有效实现上位机对于HART仪表参数的读取，在实际生产中非常实用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种通过USB接口读取HART仪表参数的系统，包括上位机系统和HART仪表，其特征在于：所述系统还包括：
协议转换模块，通过USB接口与上位机系统进行通信连接，用于对上位机系统输出的HART命令进行解析得到包含对应的通用命令类型的数字信号并予以输出，以及还用于对HART仪表回传的HART信号参数进行转换后上传至上位机系统；
HART信号收发模块，连接于所述协议转换模块并通过一检流电阻与所述HART仪表连接，用于将所述协议转换模块输出的数字信号转换成的标准HART信号并将其注入到所述间流电阻上以供HART仪表识别，以及还用于将所述HART仪表响应所述标准HART信号并回传输出的HART信号参数发送至协议转换模块。
2.根据权利要求1所述的通过USB接口读取HART仪表参数的系统，其特征在于：所述协议转换模块为C5051F340型的USBFLASH微控制器，其中，所述USBFLASH微控制器的管脚7、8、9、10分别依次连接USB接口的1、2、3、4针脚，USBFLASH微控制器的管脚27、28、29、30、31分别连接连接HART信号收发模块。
3.根据权利要求2所述的通过USB接口读取HART仪表参数的系统，其特征在于：所述HART信号收发模块至少由A5191型HART协议解调集成芯片和隔离变压器T1构成，其中，隔离变压器T1输入端分别通过电阻R1和一比较器分别依次连接芯片A5191的管脚16和管脚11，比较器的输出端通过一电阻R2与隔离变压器T1输入端连接，比较器的同相输入端连接芯片A5191的管脚11，比较器的反向输入端通过一电阻R4连接比较器的输出端；隔离变压器T1的输出端并联连接在检流电阻Rx的两端，所述检流电阻的一端连接正极电源，所述检流电阻Rx的另一端连接HART仪表；芯片A5191的管脚11依次串联连接电阻R5和电阻R6后接地连接，芯片A5191的管脚12连接于电阻R5和电阻R6之间，芯片A5191的管脚6、管脚15、管脚18及管脚22依次通过一电容C2、电容C3、电容C4及电容C5接地连接，芯片A5191的管脚6和管脚22之间还并联有一电阻R7，芯片A5191的管脚17通过一电阻R8连接芯片A5191的管脚18，芯片A5191的管脚1、管脚5、管脚7、管脚8、管脚9、管脚14、管脚20及管脚21分别接地连接，管脚13通过一电阻R9连接于管脚7，芯片A5191的管脚23,管脚27,管脚19,管脚24,管脚26分别连接USBFLASH微控制器的管脚27、管脚28、管脚29、管脚30、管脚31。
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