CN203135922U

CN203135922U - 一种hart调制解调器

Info

Publication number: CN203135922U
Application number: CN 201220749350
Authority: CN
Inventors: 梁伟成; 黄云彪; 刘君; 赵俊杰; 艾军
Original assignee: Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Current assignee: Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2022-12-31

Abstract

本申请公开了一种HART调制解调器，所述HART调制解调器包括供电电路、微处理器、HART调制解调电路和USB接口电路，通过USB接口电路与上位机进行通讯，如此，HART调制解调器通过USB接口与PC机通讯，既能够在现场利用PC机尤其能够利用笔记本电脑对现场的HART智能设备进行检修与维护，而且，该HART调制解调器中添加有抗干扰处理技术的处理流程，因此，提高了HART调制解调器的可靠性，降低了故障率。此外，所述HART调制解调器中的主要芯片的成本较低，因此所述HART调制解调器的成本低。

Description

一种HART调制解调器

技术领域

本申请涉及调制解调器技术领域，特别是涉及一种HART调制调解器。

背景技术

HART调制解调器是基于HART协议的智能仪表及设备（如压力变送器、温度变送器、流量计、执行器等）的组态/调试工具，可用于HART智能设备的生产组态、调试及现场管理、维护等。

在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前的HART调制解调器通常采用串行通信接口，传输速度慢，且多数情况下不适合PC机，尤其是笔记本电脑的应用，不利于技术维护人员现场对HART智能设备进行检修与维护。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种HART调制解调器，以实现HART调制解调器通过USB接口与PC机之间的通信，技术方案如下：

本申请提供一种HART调制解调器，包括：供电电路、微处理器、HART调制解调电路和通用串行总线接口电路，其中：

所述通用串行总线接口电路与所述微处理器相连，用于将接收到的上位机发送的信息传输给所述微处理器；

所述微处理器与所述HART调制解调电路相连，用于将接收到的信息转发给所述HART调制解调电路；

所述HART调制解调电路，用于依据所述微处理器的控制信号，将接收到的信息进行调制或解调；

所述供电电路为所述微处理器、HART调制解调电路和所述通用串行总线接口电路提供工作电源。

优选的，所述微处理器采用型号为STC89C516RD+的单片机实现。

优选的，所述HART调制解调电路采用型号为DS8500的HART调制解调器芯片实现。

优选的，所述通用串行总线接口电路采用型号为CH375A的通用总线接口芯片实现。

优选的，所述供电电路包括：第一供电电路和第二供电电路，其中：

所述第一供电电路，直接通过上位机的通用串行总线接口电源向微处理器和通用串行总线接口电路提供5V的直流电压；

所述第二供电电路，用于将5V直流电压转换为3.3V直流电压，并将3.3V直流电压提供给HART调制解调电路。

优选的，所述第二供电电路包括：电压转换电路，第一滤波电容、第二滤波电容，其中：

所述电压转换电路的输入端输入有5V直流电压，接地端连接0V接地端，输出端输出3.3V直流电压，所述电压转换电路用于将5V直流电压转换为3.3V直流电压；

所述第一滤波电容并联在所述电压转换电路的输入端和接地端之间，滤除从所述输入端输入的干扰信号；

所述第二滤波电容并联在所述电压转换电路的输出端和接地端之间，滤除所述输出端输入的干扰信号。

优选的，上述的HART调制解调器，还包括连接在微处理器的串口发送端和HART调制解调电路的数字信号输入端之间的5V电平至3.3V电平转换电路；

所述5V电平至3.3V电平转换包括：第一开关管、第一电阻和第二电阻，其中：

所述第一开关管的第一端连接3.3V直流电源、第二端通过第二电阻连接地端，且所述第二端连接所述HART调制解调电路的数字信号输入端，所述第一开关管的控制端通过第一电阻连接所述微处理器的串口发送端。

优选的，上述的HART调制解调器，还包括：连接在所述微处理器的信号接收端和HART调制解调电路的数字信号输出端之间的3.3V至5V电平转换电路，所述电路包括：第二开关管、第三电阻、第四电阻和与非门，其中：

所述第二开关管的控制端通过所述第三电阻连接所述HART调制解调电路的数字信号输出端，第一端通过所述第四电阻连接5V直流电源，且所述第一端连接所述与非门的输入端，所述第二开关管的第二端连接接地端；

所述与非门的输出端连接所述微处理器的信号接收端。

优选的，上述的HART调制解调器，还包括：连接在所述HART调制解调电路和HART智能设备之间的接口电路，所述接口电路包括：共模扼流圈、电压跟随器、运算放大器、连接端子、第一隔直电路、滤波电路和第二隔直电路，其中：

所述共模扼流圈的原边线圈的正极性端通过所述第一隔直电路连接所述HART调制解调电路的HARTOUT端，且所述正极性端通过所述第二隔直电路连接HART调制解调电路的HARTIN端；

所述共模扼流圈的副边线圈的正极性端通过所述滤波电路连接所述连接端子的第一端，所述副边绕组的负极性端连接所述连接端子的第二端；

所述跟随器将产生的基准电压输出至所述运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的反相输入端通过反馈电路连接所述运算放大器的输出端，且所述运算放大器的输出端连接所述原边线圈的负极性端。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，所述HART调制解调器设置有USB接口电路，通过USB接口电路与上位机进行通讯，如此，HART调制解调器通过USB接口与PC机通讯，既能够在现场利用PC机尤其能够利用笔记本电脑对现场的HART智能设备进行检修与维护。而且，该HART调制解调器中添加有抗干扰处理技术的处理流程，因此，提高了HART调制解调器的可靠性，降低了故障率。此外，所述HART调制解调器中的主要芯片的成本较低，因此所述HART调制解调器的成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一种HART调制解调器的电路示意图；

图2为本申请实施例一种3.3V供电电路的电路示意图；

图3a为本申请实施例一种5V到3.3V的电平转换电路的电路示意图；

图3b为本申请实施例一种3.3V到5V的电平转换电路的电路示意图；

图4为本申请实施例一种HART调制解调电路的电路示意图；

图5为本申请实施例一种HART调制解调电路与HART智能设备之间的接口电路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请参见图1，示出了本申请实施例一种HART调制解调器的结构示意图，所述HART调制解调器包括：HART调制解调电路1、USB（Universal SerialBus，通用串行总线）接口电路2、微处理器3、供电电路4，其中：

所述USB接口电路2与微处理器3的I/O端口相连，同时，微处理器与HART调制解调电路1相连。

供电电路4为所述USB接口电路2、微处理器3和HART调制解调电路提供工作电压。

其中，供电电路4包括5V供电电路和3.3V供电电路，微处理器3和USB接口电路2采用5V供电电路供电，HART调制解调电路1采用3.3V供电电路供电。

所述5V供电电路可以利用220V交流电压经过变压、整流、滤波、稳压得到5V供电电源。

优选的，5V供电电路还可以直接利用PC机的USB接口电源，这样，既满足了HART调制解调器的设计需求，又大大节省了硬件的设计成本。

所述HART调制解调器的工作过程如下：

上位机通过USB接口电路2向HART调制解调器发送信息，微处理器3从所述USB接口电路2中的缓冲区内读取信息，并将获得的信息转发给HART调制解调电路1，HART调制解调电路1在所述微处理器3的控制下对接收到的信息进行调制处理，并将调制解调后的数据发送至现场的HART智能设备；

HART调制解调电路获取现场的HART智能设备（如压力变送器、温度变送器、流量计等HART设备）的数据，对获得的数据进行解调处理，并将得到的解调数据转发给微处理器，微处理器将接收的所述解调数据通过USB接口电路转发给所述上位机。

综上，所述HART调制解调器的通讯过程可知，本申请提供的HART调制解调器实现了上位机与HART调制解调器，以及HART智能设备之间的通讯，而且通过USB接口进行数据传输。

本实施例中的微处理器采用STC89C516RD+的单片机实现，HART调制解调电路通过型号为DS8500的HART调制解调器芯片实现，USB接口电路采用型号为CH375A的USB接口芯片实现，这三种芯片的成本较低，因此本申请的HART调制解调器的成本低。

此外，利用本实施例提供的HART调制解调器和配套的上位机即可实现对HART智能设备的管理、维护，由于本实施例提供的HART调制解调器具备USB接口通信功能，故所述上位机可以是PC机，尤其可以是笔记本电脑，从而实现了采用便携设备（笔记本电脑和HART调制解调器）实现HART智能设备的管理、维护，与现有的HART手操器相比，具备成本低廉、故障率低、可靠性高、功能丰富的优点。

请参见图2，示出了本申请3.3V供电电路的结构示意图。

3.3V供电电路可以通过电压转换电路实现，将输入的5V电压转换为3.3V电压为HART调制解调电路供电。

3.3V供电电路包括：电压转换电路100、电容C26、C27、C28、C29、C30和C31。

其中所述电压转换电路100可以通过LM1117芯片实现。

所述电压转换电路100的输入端Vin输入有5V直流电压，输出端Vout输出3.3V直流电压，GND端连接接地端。

所述电容C26和C27并联在电压转换电路100的输入端Vin与GND端之间，用于滤除从输入端Vin输入的干扰信号。

第二滤波电容和C29并联在电压转换电路100的输出端Vout与GND端之间，用于滤除从输出端Vout输入的干扰信号。

图中的C28、C29、C30、C31、R10、DS2、RZ1和R11起到滤波稳压的作用，滤除输出端的干扰信号，最终在电容C30上得到稳定的3.3V输出电压。

本实施例提供的3.3V供电电路通过电压转换芯片LM1117实现，将5V电压转换得到稳定3.3V电压。输出电压稳定。

由于单片机的高电平信号为5V电平，而DS8500芯片的高电平信号为3.3V电平，因此，需要将5V电平转换为3.3V电平。

具体的，请参见图3a，示出了一种5V电平至3.3V电平的转换电路的结构示意图。

所述转换电路包括开关管Q1、电阻R21、R22，其中：

开关管Q1的第一端连接3.3V直流电压，第二端通过电阻R22连接接地端，控制端通过R21连接微处理器的串口发送端TXD。

其中，所述开关管Q1可以通过三极管实现，所述第一端为三极管的集电极，第二端为三极管的发射极，控制端为三极管的基极。

具体的工作过程为：当微处理器TXD端输出为低电平时，所述三极管Q1截止，D_IN输出低电平；当微处理器TXD端输出为高电平时，所述开关管Q1饱和导通，忽略三极管Q1集电极和发射极之间的压降，则D_IN输出为3.3V电压，从而实现了将5V电压转换为3.3V电压的过程。

请参见图3b，示出了一种3.3V电平至5V电平的转换电路的结构示意图，所述转换电路包括开关管Q9、电阻R27、R28，以及与非门D1，其中，所述开关管Q9可以通过场效应管实现，所述第一端为漏极、第二端为源极、控制端为栅极。

所述场效应管Q9的栅极G通过电阻R27连接DS8500芯片的数字信号输出端D_OUT，源极S连接接地端，漏极D通过电阻R28连接5V直流电源，且漏极D经过与非门D1连接单片机的信号接收端HT_RxD。

当DS8500芯片的数字信号输出端D_OUT输出3.3V高电平时，场效应管Q9饱和导通，其漏极D的电位为0V，该0V电位经过与非门D1，产生5V高电平，即单片机的HT_RXD端为+5V高电平信号，从而实现了3.3V电平准换为5V电平的过程。

当DS8500芯片的数字信号输出端D_OUT输出低电平信号时，场效应管Q9截止，其漏极D电位为5V，该5V电位经过与非门D1，产生低电平，即HT_RXD端为低电平信号。

请参见图4示出了本申请实施例一种HART调制解调电路的结构示意图。

所述HART调制解调电路通过型号为DS8500的HART调制解调器芯片实现，该芯片满足HART协议物理层规范要求，并且集成了1200Hz/2200HzFSK信号调制、解调功能，且集成数字信号处理功能，故需要的外围部件很少。

输入信号经过模/数转换器(ADC)采样，然后进行数字滤波/解调，确保在有干扰信号的环境下能够进行可靠的信号检测。输出数/模转换器（DAC）产生正弦波，并提供一路低噪信号，该低噪信号能够在1200Hz和2200Hz之间连续切换。当HART调制解调电路发送数据时，禁用接收电路，从而降低功耗，反之，当HART调制解调电路接收数据时，禁用发送电路，从而降低功耗。

具体的，图4所示的电路，当DS8500芯片接收到有效的FSK信号时，其载波检测端OCD输出3.3V高电平信号，即三极管Q8的基极为高电平，此时三极管Q8的发射结导通，电阻R26上有电流流过，产生压降，使得INT1端的电位下降，即INT1端产生一个下降沿脉冲信号至单片机，从而使单片机产生外部中断。

图中其他器件均为DS8500正常工作所要求的标准外围电路，此处不再赘述。

请参见图5，示出了本申请实施例一种HART调制解调电路与HART智能设备之间的接口电路示意图。

如图所示，共模扼流圈B1滤除了信号线上的共模电磁干扰。图中所有电容的作用均为隔离直流、滤波。共模扼流圈B1滤除了信号线上共模电磁干扰。U8A为跟随器用于将3.3Ｖ电压在R30上产生的压降AVDD/2，传输至运算放大器U6B，进而由运算放大器U6B将共模扼流圈B1负端的基准电压调制为AVDD/2。J3为连接端子，当HART调制解调器和HART仪表通信时，J3的两个端子分别串联在HART仪表电源回路上的电阻的两端。

该电路的工作过程如下：

当HART调制解调电路通过HARTOUT端发送FSK信号时，FSK信号通过第一隔直电路（电容C32、C33，电阻R13、R14）隔离直流信号后，传输至共模扼流圈B1的原边线圈上，通过滤波电路（C36、C37）进行滤波后传输至连接端子J3，最终由连接端子J3将FSK信号传输至HART智能设备中；

当HART调制解调电路通过HARTIN端接收FSK信号时，将HART智能设备发送的信号通过连接端子J3传输至共模扼流圈B1的原边线圈上，并通过第二隔直电路（C35和C34）隔离直流信号后，传输至HART调制解调电路的FSK信号输入端HARTIN。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种HART调制解调器，其特征在于，包括：供电电路、微处理器、HART调制解调电路和通用串行总线接口电路，其中：

2.根据权利要求1所述的HART调制解调器，其特征在于，所述微处理器采用型号为STC89C516RD+的单片机实现。

3.根据权利要求1所述的HART调制解调器，其特征在于，所述HART调制解调电路采用型号为DS8500的HART调制解调器芯片实现。

4.根据权利要求1所述的HART调制解调器，其特征在于，所述通用串行总线接口电路采用型号为CH375A的通用总线接口芯片实现。

5.根据权利要求1所述的HART调制解调器，其特征在于，所述供电电路包括：第一供电电路和第二供电电路，其中：

6.根据权利要求5所述的HART调制解调器，其特征在于，所述第二供电电路包括：电压转换电路，第一滤波电容、第二滤波电容，其中：

7.根据权利要求5所述的HART调制解调器，其特征在于，还包括连接在微处理器的串口发送端和HART调制解调电路的数字信号输入端之间的5V电平至3.3V电平转换电路；

所述第一开关管的第一端连接3.3V直流电源、第二端通过第二电阻连接地端，且所述第二端连接所述HART调制解调电路的信号输入端，所述第一开关管的控制端通过第一电阻连接所述微处理器的串口发送端。

8.根据权利要求5所述的HART调制解调器，其特征在于，还包括：连接在所述微处理器的信号接收端和HART调制解调电路的数字信号输出端之间的3.3V至5V电平转换电路，所述电路包括：第二开关管、第三电阻、第四电阻和与非门，其中：

所述与非门的输出端连接所述微处理器的信号接收端。

9.根据权利要求1所述的HART调制解调器，其特征在于，还包括：连接在所述HART调制解调电路和HART智能设备之间的接口电路，所述接口电路包括：共模扼流圈、电压跟随器、运算放大器、连接端子、第一隔直电路、滤波电路和第二隔直电路，其中：