【正文】 為保證功耗要求，電路設(shè)計(jì)采用能量分時復(fù)用的方法：程序通過 VVV3 實(shí)現(xiàn)傳感器和 PIC16C58A 的分時復(fù)用，即變送器在做 A/D 轉(zhuǎn)換時，系統(tǒng)給傳感器供電，當(dāng)需要檢測通信有無或主動進(jìn)行通信時，單片機(jī)將給傳感器的 關(guān)斷，而將電流并入 工作電源上，同時啟動 PIC16C58A。PIC16C58A 的功耗指標(biāo)為 32kHz 時鐘，VDD=3V 時典型值小于15μA。由于對 PIC16C58A 的某一 I/O 口（如 RB）進(jìn)行置高、置低操作，所以不怕程序跑飛，因此不需 PIC16C58A 片內(nèi)的 WDT 功能，將它置于 OFF 狀態(tài)，功耗大大降低。因此，PIC16C58A 在 的時鐘下工作，其功耗不會超過 。對數(shù)據(jù)存儲器 24LC65 的功耗：讀電流 150μA，沒有功耗問題；而寫電流3mA，一般出現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信完成之后的很短時間內(nèi)，只要規(guī)定在通信時 4～20mA電流信號作廢，即可解決功耗要求問題。24LC65 一定要接在 4～20mA 主電源中。從以上分析，電路功耗小于 的智能變送器，滿足要求第四章 HART 協(xié)議差壓變送器的軟件設(shè)計(jì)該軟件設(shè)計(jì)可以分為兩大部分：測控程序和 HART 通信程序。測控程序主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算、輸出控制和自我診斷等部分程序通過組態(tài)信息判別采樣類型，自動設(shè)置采樣放大倍數(shù)；針對不同傳感器的類型選擇相應(yīng)的非線性補(bǔ)償；一些簡單的控制模塊，如 PID 等，實(shí)現(xiàn)儀表的控制運(yùn)算；輸出控制完成 4—20mA 的環(huán)路電流，能實(shí)現(xiàn)阻尼輸出，并可結(jié)合自我診斷程序?qū)崿F(xiàn)高報(bào)警輸出或低報(bào)警輸出HART 數(shù)據(jù)鏈路層的軟件主要就是串口接收/發(fā)送中斷子程序。串行口每中斷一次，即接收或發(fā)送一個字節(jié)。一般一幀數(shù)據(jù)最長為 33 個字節(jié)左右，在HART 通訊過程中，通常由主機(jī)先發(fā)送命令幀。智能變送器模塊通過串行口中斷接收命令幀后，由 CPU 作用的數(shù)據(jù)處理然后要發(fā)回的應(yīng)答幀內(nèi)容放入發(fā)送緩沖區(qū)，再由 CPU 觸發(fā)發(fā)送中斷，發(fā)回應(yīng)答幀，從而完成一次命令的交換。由于通訊距離較長或各種環(huán)境干擾，傳送器的數(shù)據(jù)信息的可能發(fā)生差錯。HART 通訊采用水平和垂直校驗(yàn)的方法。當(dāng)變送器檢測到接收數(shù)據(jù)有錯時，則等到主機(jī)命令幀發(fā)完后，變送器發(fā)回置有相應(yīng)錯誤狀態(tài)的應(yīng)答幀，通過主機(jī)數(shù)據(jù)接收有誤。主機(jī)則重發(fā)命令幀，從而保證通訊的準(zhǔn)確可靠。HART 應(yīng)用層的軟件對收到的命令幀進(jìn)行翻譯和處理，如：字節(jié)流與浮點(diǎn)數(shù)。整數(shù)、字符串之間的相互轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)各自的命令號進(jìn)行相應(yīng)的命令處理，如：改量程、改單位、改阻尼時間等，最后，把應(yīng)答幀按一定的格式放入發(fā)送緩沖區(qū)，由串行控中斷發(fā)回。如果有通訊錯誤或命令錯誤時，則發(fā)回報(bào)告錯誤的應(yīng)答幀，下面分別簡單介紹一下軟件流程圖。41 變送器的測控程序流程圖411 用戶測控程序總體流程圖要實(shí)現(xiàn)溫度變送器的智能化，必須實(shí)現(xiàn)以下基本功能： A 軟件組態(tài):實(shí)現(xiàn)不同傳感器要求的組態(tài)；B 參數(shù)設(shè)定:不同傳感器測量參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；C 自校正和自診斷:根據(jù)實(shí)時工況可進(jìn)行某些參數(shù)的自動校正；D 顯示功能:實(shí)現(xiàn)各種診斷碼瞬時溫度平均溫度和溫差等參數(shù)的各種顯示；E 可提供非測量用的管理參數(shù)，如制造商代碼設(shè)備類型代碼設(shè)備軟件版本號等， 開始是否首次上電初始化從EEPOM 讀出數(shù)據(jù)送到相應(yīng)的參數(shù)單元給必要的參數(shù)單元賦最原始的數(shù)值開中斷A/D采樣( 脈沖采樣）差壓的計(jì)算及顯示進(jìn)入?yún)?shù)的設(shè)置模式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置是否返回一般模式NNNYY圖 用戶程序總體流程圖差壓變送器的測控程序主要包括:A/D 采樣程序非線性補(bǔ)償程序阻尼程序信號輸出程序參數(shù)設(shè)定程序等。程序模塊的分工并意味著程序在實(shí)現(xiàn)具體功能上的分工，譬如在對噪音平衡項(xiàng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時，實(shí)際上也是實(shí)現(xiàn)噪音平衡調(diào)整程序的功能，各程序模塊之間互有影響，往往一個參數(shù)的設(shè)置會影響若干其他參數(shù)的設(shè)置，從而也就影響了這些參數(shù)對應(yīng)的具體功能的實(shí)現(xiàn)，總體流程圖如圖 圖中特殊功能寄存器的初始化包括：堆棧指針的定位，中斷的模式選擇，中斷優(yōu)先級確定。寄存器區(qū)的選擇，定時器及其工作方式的選擇，定時器的初始化等。在一般模式下，CPU 完成對溫度信號的采樣計(jì)算，正常的顯示，而在設(shè)置參數(shù)模式下，CPU 主要行為用戶為了設(shè)定各種參數(shù)而必需的特殊的顯示程序，每一次用戶設(shè)定完某特定參數(shù)項(xiàng)的數(shù)值返回到一般模式時，該參數(shù)項(xiàng)就會對CPU 的測量計(jì)算或控制產(chǎn)生作用，用戶通過設(shè)定參數(shù)的數(shù)值采樣，保證了溫度計(jì)算的準(zhǔn)確性。 設(shè)計(jì)中采用了 MSP430/148 單片機(jī)，對于該單片機(jī)每一個來自外部中斷的標(biāo)準(zhǔn)方波信號將觸發(fā)采用下降沿觸發(fā)中斷，在中斷服務(wù)程序中計(jì)算差壓信號，為輸出電流信號準(zhǔn)備。412 參數(shù)設(shè)置流程圖參數(shù)項(xiàng)由參數(shù)號組成，參數(shù)類用來指示參數(shù)的類別，其分成 BCDEG 和 H 6 類：B 類如容式傳感器的種類的設(shè)置等；C 類主要用來壓力的設(shè)定； D 類主要對非壓力傳感器的非常規(guī)數(shù)值設(shè)置；E 類主要用來設(shè)置于壓力顯示有關(guān)的參數(shù)值，如顯示方式的選擇等；G 類主要觀察某些變量的值； H 類參數(shù)主要用來控制數(shù)字電位器的狀態(tài)和電流輸出進(jìn)行微調(diào)等。參數(shù)號用來具體指明某一個參數(shù)，以便于區(qū)分當(dāng)設(shè)置完參數(shù)項(xiàng)后，程序就根據(jù)已設(shè)置的參數(shù)和參數(shù)號跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的處理模塊，執(zhí)行相應(yīng)的功能，其流程圖如圖 所示開始重復(fù)上次設(shè)置的參數(shù)類名和參數(shù)的個位部分Shift鍵按下并釋放否？Set鍵按下否？保存參數(shù)類名重置上次設(shè)置的過的參數(shù)的十位部分按inc 鍵設(shè)置參數(shù)類名（可選）Shift鍵按下否？保存參數(shù)的十位部分準(zhǔn)備設(shè)置參數(shù)的個位部分按inc 鍵設(shè)置參數(shù)的十位部分（可選）Shift按下否？保存新設(shè)置的參數(shù)類名并查表轉(zhuǎn)至相應(yīng)的模塊 按inc 鍵設(shè)置參數(shù)的個位部分（可選）進(jìn)行參數(shù)設(shè)置直至參數(shù)設(shè)置完畢YYNYNYNN圖 參數(shù)設(shè)置流程圖42 HART 數(shù)據(jù)與發(fā)送通訊流程圖421 上位機(jī)數(shù)據(jù)采集一次數(shù)據(jù)的程序流程圖上位機(jī)數(shù)據(jù)采集一次數(shù)據(jù)的程序流程圖見圖 開始初始化串行口形成讀變送器的數(shù)據(jù)命令發(fā)送讀變送器數(shù)據(jù)的命令接收數(shù)據(jù)是否完成？檢驗(yàn)是否正確數(shù)據(jù)處理結(jié)束YYNN圖 上位機(jī)數(shù)據(jù)采集一次數(shù)據(jù)的程序流程圖1) 形成讀儀器標(biāo)識命令字：序文：5 個全 1 字節(jié)起始字符：02；采用短幀格式時，主機(jī)給儀器信息的起始字符地址：00；廣播地址命令字：00；讀變送器標(biāo)識命令字節(jié)數(shù)：00 后邊沒有數(shù)據(jù)。2) 追加校驗(yàn)和：采用異或邏輯求校驗(yàn)和，追加字節(jié)數(shù)后，形成完整命令。3) 按異步串行通信方式發(fā)送命令并接收變送器回答的信息。4) 從回答的信息中提取變送器標(biāo)識5) 形成讀儀器數(shù)據(jù)命令：序文：5 個全 1 字節(jié)起始字符：130，采用長幀格式時，主機(jī)給變送器信息的起始字符地址：變送器標(biāo)識命令字：33 讀變送器數(shù)據(jù)命令字節(jié)數(shù)：04；后跟 0 個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)：01020304；取變送器中 4 個變量值校驗(yàn)和：采用異或邏輯運(yùn)算求校驗(yàn)和，追加在字節(jié)數(shù)后，形成完整命令。6) 按異步串行通信方式發(fā)送命令并接收儀器回答的信息。7) 從回答的信息中提取變送器的瞬時溫度或溫差值。 以后再讀取變送器數(shù)據(jù)時，只進(jìn)行（5）—（7）步即可。422 變送器數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖變送器數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖見圖 開始接受命令幀CPU進(jìn)行命令處理校驗(yàn)是否有錯準(zhǔn)備應(yīng)答幀送入數(shù)儲緩沖區(qū)初始化端口開中斷校驗(yàn)是否有錯結(jié)束YNYN發(fā)送應(yīng)答幀并校驗(yàn)數(shù)據(jù)圖 變送器數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖HART 數(shù)據(jù)鏈路層的軟件主要就是串行口接收/發(fā)送中斷子程序。串行口每中斷一次，即接收或發(fā)送一個字節(jié)。一般一幀數(shù)據(jù)最長為 33 個字節(jié)左右。在HART 通訊過程中，通常由主機(jī)先發(fā)送命令幀，智能變送器模塊通過串行口中斷接收到命令幀后，由 CPU 作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；然后把要發(fā)回的應(yīng)答幀內(nèi)容放入發(fā)送緩沖區(qū)，再由 CPU 觸發(fā)發(fā)送中斷，發(fā)回應(yīng)答幀，從而完成一次命令的交換。由于通訊距離較長或各種環(huán)境干擾，傳送的數(shù)據(jù)有可能發(fā)生差錯。HART 通訊采用水平和垂直校驗(yàn)方法。當(dāng)變送器檢測到數(shù)據(jù)有錯時，則等到主機(jī)命令幀發(fā)完以后，變送器發(fā)回置有相應(yīng)錯誤狀態(tài)的應(yīng)答幀。通知主機(jī)數(shù)據(jù)接收有誤。主機(jī)則重發(fā)命令幀，從而保證通訊的準(zhǔn)確可靠。HART 應(yīng)用層的軟件對收到的命令幀進(jìn)行翻譯和處理，如：字節(jié)流與浮點(diǎn)數(shù)、整數(shù)、字符串之間的相互轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)各自的命令號進(jìn)行相應(yīng)的命令處理，如：改量程、改單位、改阻尼時間等，最后，把應(yīng)答幀按一定的格式放入發(fā)送緩沖區(qū)，由串行口中斷發(fā)回。如果有通訊錯誤或命令錯誤時，則發(fā)回報(bào)告錯誤的應(yīng)答幀。1）接受命令幀：智能變送器模塊通過串行口中斷接收到命令幀后；2）CPU進(jìn)行命令處理：CPU 作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；3) HART 通訊檢驗(yàn)是否有錯：HART 通訊采用水平和垂直校驗(yàn)方法。當(dāng)變送器檢測到數(shù)據(jù)有錯時，則等到主機(jī)命令幀發(fā)完以后，變送器發(fā)回置有相應(yīng)錯誤狀態(tài)的應(yīng)答幀；4）應(yīng)答幀送入數(shù)儲緩沖區(qū)：把要發(fā)回的應(yīng)答幀內(nèi)容放入發(fā)送緩沖區(qū)；5）發(fā)送應(yīng)答幀并校驗(yàn)數(shù)據(jù)：由CPU觸發(fā)發(fā)送中斷并檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，再發(fā)回應(yīng)答幀，從而完成一次命令交換。結(jié) 論現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展給我國的儀表行業(yè)帶來了挑戰(zhàn)，更帶來了機(jī)遇。如何把握機(jī)遇，趕上世界工業(yè)控制領(lǐng)域的潮流是我們面臨的任務(wù)。目前，選擇的途徑很多，但是怎么的技術(shù)路線更符合中國國情，是每個人必須考慮的問題。HART 協(xié)議雖然具有與現(xiàn)場總線類似的體系結(jié)構(gòu)，但它不是真正的現(xiàn)場總線，與日前流行的 FF 協(xié)議相比，它們的物理層是完全不兼容的，HART 的通信速率為 1200 波特率，比 FF 慢的多，從長遠(yuǎn)來看，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，它必須被 FF 所取代。但是在目前， HART 具有 FF 所不能取代的優(yōu)勢：即它的向上兼容性和向下兼容性。在應(yīng)用界面上，HART 和 FF 是相互兼容的，DDL （設(shè)備描述語言）和功能模塊是兩者共用的，因此從現(xiàn)場儀表從 HART 向 FF 轉(zhuǎn)變，是比較簡單的；同時，它的通信和 I 型信號和傳輸也是兼容的，先進(jìn)的HART 儀表在老裝置上直接應(yīng)用而不會影響其他設(shè)備的工作，這是用戶最樂意接受的，HART 協(xié)議作為由傳統(tǒng)儀表向現(xiàn)場總線儀表過渡的技術(shù)，在目前還是具有相當(dāng)?shù)纳ΑＶ?謝本課題的研究工作是在指導(dǎo)老師曾紅兵的精心指導(dǎo)下完成的。在我的學(xué)業(yè)和課題研究中無不傾注曾老師的汗水，在此我由衷地感謝曾紅兵老師在我畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所給予的指導(dǎo)和培養(yǎng)，同時感謝冶金職院的教師以淵博的知識和無私的精神，在我的學(xué)習(xí)期間耐心指導(dǎo)和幫助，使我不僅學(xué)到扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)會了做人的道理。在我多年的學(xué)習(xí)工作中，還得到許多老師、同學(xué)、同事的關(guān)心、支持和幫助。在此向所有關(guān)心幫助過我的人表示由衷的謝意！參考文獻(xiàn)　[1] 董勝等（北體大學(xué)）.MSP430F149 單體機(jī)在基于現(xiàn)場總線智能差壓變送,2022(3):910,22　[2] 鄭貴林等（武漢大學(xué)）.基于 MODBUS 傳感器,2022(4),5053 [3] 陽憲章，現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用，北京：清華大學(xué)出版社，2022 [4] 朱艷萍 ，基于 HART 協(xié)議智能壓力變送器的研究和開發(fā)。南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 [5] 衛(wèi)敏，HART 調(diào)制解調(diào)器 HT2022 的原理和應(yīng)用。安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2022 年第 6 期 [6] 呂明新?，F(xiàn)場總線與 HART 協(xié)議的關(guān)系及應(yīng)用。 《計(jì)量與測控技術(shù)》2022年第 32 卷第一期 [7] 王永紅。過程檢測儀表。北京：化學(xué)化工出版社 [8] 馬西泰，自動檢測技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社