基于HART总线的气体报警仪的硬件实现

【摘要】气体报警仪，主要应用于工业生产过程中实时监测和记录环境中的可燃气体的浓度，并及时发出报警信号，保障安全生产。面对HART总线日益发展成为工业仪表事实上的通讯标准，气体报警仪作为新兴的仪表行业，也需要适应这个发展趋势。然而传统的HART仪表多为两线制环路供电型，其要求整机的静态工作电流低于3.5mA，才能保证HART信号不受到影响。此电流的限制使得功耗较大的仪表难以采用通常的两线制HART接口。本文中针对这一需求，提出了三线制的HART接口方案，并应用到气体报警仪系统上。全文分为六个部分的内容：第一部分简介了课题研究的背景，可燃气体探测器和HART技术的现状及发展趋势。引出可燃探测器对HART通讯接口的需求，确立本文的研究主题。第二部分介绍了本文研究涉及的一些原理知识，包括可燃气体传感器的检测原理，HART总线的协议规范。并初步介绍了该气体报警仪在实际中的典型应用系统及其信号处理的大致流程。第三部分具体介绍了本文的总体方案和硬件系统设计。首先根据产品需求，提出规格需求和方案。再详细介绍了整个系统的硬件电路设计，包括气体检测的信号链，处理器系统、HART通讯接口、人机交互模块及整机的电源分配系统等，其中在HART通讯接口部分又做了详细的设计介绍，主要包括三线制类型的HART接口的实现原理，芯片选型及组网应用特点。同时也对系统布局及PCB设计做了简单描述。第四部分主要是HART通讯的接口处理程序设计介绍，和实现的气体报警仪的HART命令系统简单说明。第五部分详细介绍了整个产品设计过程中的各测试环节。包括硬件的单板测试，整机功能和性能的测试，分别对气体检测的具体效果以及HART通讯效果做了详细测试。最后进行可靠性方面的测试。第六部分作了全文的总结，指出达到的成果和不足之处。本文所设计的基于HART总线的气体报警仪，最终成功实现了三线制的HART接口通讯，避免了功耗上的限制，可以兼容传统的DCS系统，并与HART手操器、HART网关、HART猫等多种常用主机设备实现了通讯。整机系统也通过了气体检测性能方面的专业测试，满足产品需求。
【作者】崔龙；
【导师】王健；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】气体报警仪；可燃气体；HART；三线制接口；

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