Sviluppo di un trasmettitore di pressione Hart utilizzando il chip Hart domestico HART1200M
Il protocollo HART occupa un posto importante nella progettazione dei trasmettitori di sensori. Per riassumere, i progetti di trasmettitori semplici tradizionalmente trasmettono un valore analogico, spesso chiamato variabile di processo (PV), attraverso un circuito di corrente. Questo PV è generalmente associato al valore del sensore (umidità, temperatura, pH, pressione) rappresentato da un segnale analogico da 4 a 20 mA. Il valore analogico può viaggiare su chilometri di cavo per raggiungere il circuito front-end analogico, che registra la caduta di potenziale attraverso il resistore di shunt mentre interpreta il valore del sensore trasmesso.
Ora, questo è fantastico se vuoi comunicare un valore attraverso un cablaggio lungo. Ma cosa succede se si desidera inviare o ricevere dati aggiuntivi sugli stessi due fili? Includendo HART nella progettazione del trasmettitore.
Includendo aModem HART, il progetto del trasmettitore può ora comunicare un'ampia gamma di routine di calibrazione, inviare dati diagnostici o comunicare valori PV da altre piattaforme di sensori. Questa comunicazione può essere effettuata tramite la forma d'onda HART Frequency Shift Keying (FSK), che è accoppiata a un segnale di corrente analogico .
Prima di approfondire i dettagli della progettazione di un trasmettitore HART a due fili, seguire un corso accelerato (o un corso di aggiornamento) sulla progettazione semplice di un trasmettitore a due fili. Hai già completato il ripasso? Sorprendentemente sei a metà strada.
Cominciamo con il circuito mostrato in Figura 1.
Questo circuito può sembrare un po' scoraggiante, ma l'unica differenza tra questo circuito e quello mostrato nel post sul blog Simple Two-Wire Transmitter Design è l'inclusione del modem HART DAC8740H. La bassa corrente di quiescenza del modem HART DAC8740H è 180 µA, il che rende questo modem un eccellente candidato per una soluzione sensore-trasmettitore a basso consumo. Il guadagno nella corrente del circuito (1+R3/R4) verrà determinato utilizzando il metodo mostrato nella procedura di collisione.
Ci sono solo due connessioni tra ilModem HARTe il trasmettitore, come mostrato nella Figura 2. Il pin MODOUT DAC8740H del modem HART è collegato al trasmettitore tramite un condensatore di accoppiamento CA, C1. Questo condensatore, insieme a R6, crea un filtro passa-alto che attenua le frequenze al di sotto della frequenza di taglio selezionata di 1/(2 x π x R6 x C1).
Durante il funzionamento, il segnale HART FSK viene pilotato da MODOUT e sovrapposto al valore analogico della corrente del circuito con un'ampiezza FSK di 1 mApp. Il resistore R6 cambia e imposta l'ampiezza FSK che è collegata in serie dal modem HART al terminale non invertente di U3. Per sovrapposizione, l'Equazione 1 calcola la componente CA del circuito di corrente come:
Equazione 1:
Pertanto, R6 = (VHART/IIOUT pp) (1 + R3/R4).
Sostituendo i valori schematici di R3, R4 e la tensione picco-picco di MODOUT rivelerà il valore di R6. Una volta ottenuto il valore di R6, è possibile calcolare C1 selezionando la frequenza di taglio del filtro passa-alto. In un trasmettitore da campo ad alta precisione, alimentato tramite loop, da 4 mA a 20 mA con un progetto di riferimento modem HART, una frequenza di taglio di 679Hz garantisce che il rumore e le frequenze inferiori a 1200Hz e 2200Hz vengano attenuati in modo efficiente senza influenzare in modo significativo la gamma di frequenza della banda HART.
Il pin di ricezione del segnale HART, il pin MOD_IN del DAC8740H, è collegato alla rete di alimentazione del bus positivo del circuito del trasmettitore tramite il condensatore di accoppiamento CA C2 e al filtro passa banda interno.
Il prossimo passo è creare una soluzione sensore-trasmettitore intelligente scegliendo un'interfaccia sensore come TMP116, che offre una precisione migliore rispetto a un rilevatore di temperatura a resistenza (RTD) di classe A da un singolo chip.
