基于HART协议的pH分析仪.pdf

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资源描述
986
化工自动化及仪表
第40卷
基于HART协议的pH分析仪
王军黄皎吴穹雷鸣'卢程
(1.河海大学计算机与信息学院,江苏常州213022;2.江苏省输配电装备技术重点实验室,江苏常州21302
要介绍于HART原理的新型pH分析仪的设计方法,由pH电板传感器和温度传感器量H
浓度,躯A/D转換和MCU的分析处理,将实时数据经由HART接口发送至远糴终端;运用C++ Builder t6
制作上位机人机环面,实现远程监控;上位机界面与数据库相连,实现实时数据的存储;方便用户查询并
分析历史数据。
关词pH分析仪HART协议H'浓度远程监控实时数据查询
中图分类号TH832.3
文献标识码A
文章编号10003932(2013)08-098604
近年来,水体污染加剧,水的pH值是衡量水2硬件
质的一个重要指标。因此,设计具有高稳定性和
H分析仪的硬件(图2)以MSP430F49为
精确度的高智能pH分析仪就显得尤为重要。常处理器,包括pH电极釆样电路、温度采样电路、
见涸定溶液pH值的方法有电位测定法、试纸法外围扩展模块、HART接口电路、存储模块、4
和酸碱滴定法。常见pH分析仪与远程终端的通20mA电流输出模块、申口通信和显示模块。通
信方式有无线传输、RS-232及RS485传输等,无过4~20mA电流环实现与终端的通信。
线传输本身可靠性不及有线传输;但有线传输受
H电极
存储模块
距离限制,而且抗干扰能力差。
采样电路
为此,笔者采用电位测定法设计基于HART
温度采样
4~20mA电流
协议的具有高精度和高稳定性,不但满足实时且
电路
输出模块
连续监测溶液pH值的智能pH值分析仪,而且能
430F44
够保证远程终端可以监控到准确的数据。
外围扩展模
串口通倌
智能pH分析仪结构
基于HART协议的智能pH分析仪的总体结
HAR接口
构如图1所示,pH分析仪通过HART接口将模拟
电路
显示模块
信号耦合到4~20mA电流上,与远程接收终端通
信。4~20mA电流传输线上可以连接多个负载,
困2pH分析仪硬件结构
以方便pH分析仪的功能扩展。远程终端通过2.1处理器
HART接口接收后,接入HART转RS232接口,方
智能pH分析仪选用16位低功耗
便地接人到监控主机。
MSP430F449为控制核心,工作电压1.8-3.6V;
監控主机
RS-232
RAM数据保持方式下耗电仅0.1pA,活动模式时
接口
接口
耗电280.0A/MIPS;具有5种节电模式;从待机
釗唤醒的响应时间不超过6ps,能够满足该仪表
4-20MA
电流输出
低功耗的要求。8个12bit独立的A/D转换器具
有内部参考源、采样保持和自动扫描特性,保证了
pH分析仪
HART接口
负载1负载2
各信号采样的精度;两个 USARY串行通信模垬可
困1智能pH分析仪的总体结枘
收稿日期:2013-01-31(改稿)
万方数据
第8期
王军等基于HART协议的pH分析仪
供软件选择UART/SPI模式,实现处理器与
024
HART接口电路的良好通信。
TD1 R2O
OUR
2.2电极采样放大电路
lk0
PH电极信号采样放大电路如图3所示,由于
Q2
pH电极内阻高达0.1-1.0CQ,为了获得有效的
VCC-5
pH信号,设计中采用超低输人偏置电流仪表放大
器INA116(其输入阻抗在1PQ2以上),不但可以
满足要求而且可以有效抑制共模噪声。
图44~20mA电流出电路
议中通信信号的解调和调制过程,为过程控制仪
參比电极
表和其他低功耗设备提供HART通信,通信速率
测最电极
申压输出
1200b/s;工作频率1200~2200Hz;低功耗最大
103C104
NA116
如图5所示,J4?接单片机的4个1/O端口,
R116
数字信号从ITXD引脚输入,如果 INR'TS为逻辑
0,调制器使能,输入信号调制完成后由OTXA引
图3pH电极采样放大电路
脚输出1200Hz或2200HLz方波信号,并通过C9
2.3电流输出电路
输出,经过整形电路,将方波转换为正弦波,再通
采用单片机控制D/A的输出电压,通过电流过电容耦合到4~20mA电流上。当从电流环上
输出电路实现4~20mA输出,如图4所示,TB1检测到交流信号时,先要通过带通滤波器选择出
为输出的电压信号,LM358为放大控制器,Q1和1200~2200Hz方波,再接到HART_IN引脚。信
Q2导通时OUT上会产生一个恒定电流,电流大号由IRXA输人,若输人频率为1200H2,则
小由TB1电压和R42电阻值决定。
0RXD输出代表逻辑1的高电平;若输人频率为
2.4HART接口
2200Hz,则ORXD输出代表逻辑0的高电平。再
HART接口电路中的HT2012实现HART协通过4接入单片机。
HAHT OUT
Ct ( c3
HART-LIN」
TRKA
ICD
ARIEF
4
NRS
ICDTEF
R19
H集品
D2
R11
图5HART接口电路
万方数据
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