HART通信是以貝爾202標準為基礎(chǔ),采用頻移鍵控(FSK),以1200bps的速率通信。代表邏輯0和邏輯1的信號頻率分別為2200HZ和1200Hz的幅值為±0.5mA的正弦波電流波形。由于正弦波電流信號的平均值為0mA,所以雖然HART電流信號疊加在4到20mA的模擬測量信號之上,而不會對4-20mA信號造成任何干擾,這么就可以在傳輸電流模擬量的同時又用HART傳輸了數(shù)字量。HART通信比較類似電力貓的傳輸數(shù)據(jù)的方式。HART在工業(yè)現(xiàn)場中,也是一個比較常見的通訊方式。(缺點就是通訊速率極其慢,1200bps)
那么還是以TI的原理框圖為入手,與各位同好分享一下HART通信。由于這個HART是疊加在4-20mA之上的交流電流部分(HART的通訊為±0.5mA電流正弦波),所以還是得先介紹一下4-20mA的電路部分。首先去掉HART的那一交流部分,看一下直流部分的大體的電流流向,主要是如下路徑:
由于負反饋成立,運算放大器存在虛短,所以同相輸入端的電壓等于反相輸入端電壓,而反相輸入端接GND,所以以下等式成立:Vp=Vn=0VI2=VREF/R2I1=VDAC/R1由于運算放大器存在虛斷,所以基本沒有電流流過同相輸入端和反相輸入端,所以以下等式成立:
由于R3和R4上端的電壓都是等于0V(同相輸入端和反相輸入端虛短,都為0V)所以R3和R4兩端的壓降相同,所以:
然后環(huán)路電流等于I3和I4的和,所以:
環(huán)路上的電壓等于,所以還是要注意一下三極管的功耗,需要選擇合適封裝的三極管,做好散熱:
然后再分析HART通信的交流部分,也就是HART通信的部分,HART通信分為TX和RX部分,這個可以看下圖,發(fā)射部分的C1和R6組成一個高通濾波器(運算放大器同相輸入端虛地),截止頻率為1/(2*PI*R6*C1):
由于設(shè)置的高通濾波器未對HART發(fā)送的頻率1200HZ和2200HZ做衰減,所以說I5=Vhart/R6(需要保證Ihart電流峰峰值為1mA左右)所以環(huán)路上交流部分的HART電流等于
由于HART的電流峰峰值是確定的1mA左右,所以可以根據(jù)HART通信芯片輸出的Vhart和環(huán)路R3和R4電阻阻值確定R6的阻值。
至于HART接收部分,可以采用一個帶通濾波器,作為濾波(帶通要保證1200hz和2200hz處于通帶),減小環(huán)境干擾,然后再給HART通信芯片解調(diào):
所以說有的兩線制的儀表,就是使用了4-20mA和HART作為通信,將電源線也作為數(shù)據(jù)傳輸線,只需要電源兩根線就可以和外部通信。