本實(shí)用新型涉及一種芯片的通信方式，尤其涉及一種用于變送器調(diào)理芯片的通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

兩線制4mA～20mA電流輸出型的變送器被廣泛用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域，用于對(duì)壓力、溫度、流量等各種信號(hào)通過傳感器檢測(cè)，然后由調(diào)理芯片校準(zhǔn)并實(shí)現(xiàn)電流變送輸出。變送器的調(diào)理電路通常需要提供一個(gè)通信接口，以便在生產(chǎn)過程或者工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中對(duì)變送器進(jìn)行標(biāo)定和編程。常見的通信接口包括兩種，HART(可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道通信協(xié)議)或者串口。

圖1為基于HART通信協(xié)議的變送器方案，包含傳感器，傳感器調(diào)理變送芯片，HART調(diào)制解調(diào)芯片和電阻電容耦合網(wǎng)絡(luò)。HART使用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4mA～20mA模擬信號(hào)上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通訊。HART協(xié)議通常需要一顆專用調(diào)制解調(diào)芯片對(duì)HART輸入信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以及一顆MCU芯片對(duì)HART協(xié)議進(jìn)行解析，因此成本較高。

串口常見的通信協(xié)議如RS232，RS485或者I2C,SPI等，通常需要兩根以上額外的接口線，帶來額外的成本的同時(shí)，也帶來一些生產(chǎn)上的不方便。圖2為基于RS232串口通信的變送器方案，除了傳感器和傳感器調(diào)理變送芯片，還增加了3個(gè)額外的通信接口RX，TX和GND。

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，有必要提供一種改良的通信方式來實(shí)現(xiàn)可靠，低成本的變送器調(diào)理方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種用于變送器調(diào)理芯片的通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)及其方法不僅成本低而且解析方便、可靠。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種用于變送器調(diào)理芯片的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于兩線制電流輸出變送器，包括傳感器和傳感器調(diào)理變送芯片，傳感器與傳感器調(diào)理變送芯片連接，傳感器調(diào)理變送芯片復(fù)用正電源端LOOP+進(jìn)行通信，在正電源端LOOP+以電壓形式通過電阻R1和電容C1的交流耦合輸入信號(hào)；調(diào)制環(huán)路電流為輸出信號(hào)進(jìn)行傳輸，即負(fù)電源端LOOP-為信號(hào)輸出端。無需額外的通信接口，相比大多數(shù)傳統(tǒng)的通信協(xié)議如RS232，RS485或者I2C，SPI等協(xié)議，節(jié)省了端口資源。

作為優(yōu)選，其電路結(jié)構(gòu)部分為：包括控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器和三極管，所述電容C1的一端與正電源端LOOP+連接，其另一端與電阻R1的一端連接，電阻R1的另一端連接至傳感器調(diào)理變送芯片的一個(gè)I/O口，即IN腳；所述I/O口通過施密特觸發(fā)器連接至控制器,所述控制器與數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過電阻R2連接至運(yùn)算放大器的正相輸入端，所述運(yùn)算放大器的輸出端OUT連接至三極管的基極；三極管的集電極連接至電容C1和正電源端LOOP+之間，其發(fā)射集通過電阻R4連接至負(fù)電源端LOOP-；所述電阻R2上串聯(lián)一電阻R3并連接至負(fù)電源端LOOP-；所述運(yùn)算放大器的反相輸入端連接至三極管的發(fā)射集。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器、由電阻R2和R3組成的電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、三極管以及電阻R4共同組成電流變送電路，輸出信號(hào)通過對(duì)電流變送電路的調(diào)制后以電流形式輸出。輸入信號(hào)通過正電源端LOOP+交流耦合到傳感器調(diào)理變送芯片的一個(gè)I/O口，通過交流耦合的方式實(shí)現(xiàn)了正電源端高壓的隔離，在本電路結(jié)構(gòu)部分通過交流耦合的方式隔離了電源的交流高壓，避免了高電源電壓損壞芯片內(nèi)部部件；而且，由于電流變送電路為閉環(huán)結(jié)構(gòu)，輸出信號(hào)的抗干擾能力得到了增強(qiáng)。

作為優(yōu)選，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)均通過調(diào)節(jié)方波占空比來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)0和數(shù)據(jù)1，方波占空比為25％的信號(hào)代表數(shù)據(jù)0，方波占空比為75％的信號(hào)代表數(shù)據(jù)1。所述的通信數(shù)據(jù)格式比傳統(tǒng)用于HART通信的FSK調(diào)制數(shù)據(jù)格式更加易于解析，不需要專用調(diào)制解調(diào)芯片對(duì)HART輸入信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以及一顆MCU芯片對(duì)HART協(xié)議進(jìn)行解析，大大降低了變送器方案的成本。

一種用于變送器調(diào)理芯片的通信方法，包括以下步驟：

(1)傳感器調(diào)理變送芯片在上電時(shí)設(shè)置了一個(gè)通信時(shí)間窗口；

(2)如果在通信時(shí)間窗口檢測(cè)到了進(jìn)入通信模式命令，芯片會(huì)進(jìn)入通信模式；否則，芯片自動(dòng)退出通信模式進(jìn)入正常電流變送輸出狀態(tài)；

(3)在通信模式下，通過發(fā)送退出通信模式命令使芯片進(jìn)入正常電流變送輸出狀態(tài)，或者通過發(fā)送禁用通信模式命令使芯片在下次上電后立刻進(jìn)入正常電流變送輸出狀態(tài)，方便用戶使用。

本實(shí)用新型的有益效果：本專利的通信系統(tǒng)是基于兩線制電流輸出變送器，包含電路架構(gòu)和通信數(shù)據(jù)格式兩部分，通過簡(jiǎn)化的電路構(gòu)架和易于解析的通信數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)了一種可靠、低成本的變送器調(diào)理方案。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中使用HART通信協(xié)議的變送器方案圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中使用RS232串口通信的變送器方案圖；

圖3為本實(shí)用新型通信系統(tǒng)的變送器方案圖；

圖4為本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本實(shí)用新型所述的通信數(shù)據(jù)格式圖；

圖6為本實(shí)用新型所述的通信方法模式切換圖；

其中：10.傳感器，20.傳感器調(diào)理變送芯片，30.控制器，40.數(shù)模轉(zhuǎn)換器，50.運(yùn)算放大圖，60.三極管，70.施密特觸發(fā)器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖3所示，公開了本實(shí)用新型一種用于變送器調(diào)理芯片的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于兩線制電流輸出變送器，包括傳感器10和傳感器調(diào)理變送芯片20，傳感器10與傳感器調(diào)理變送芯片20連接，傳感器調(diào)理變送芯片20復(fù)用正電源端LOOP+進(jìn)行通信，在正電源端LOOP+以電壓形式通過電阻R1和電容C1的交流耦合輸入信號(hào)；調(diào)制環(huán)路電流為輸出信號(hào)進(jìn)行傳輸，即負(fù)電源端LOOP-為信號(hào)輸出端。其無需額外的通信接口，相比大多數(shù)傳統(tǒng)的通信協(xié)議如RS232，RS485或者I2C，SPI等協(xié)議，節(jié)省了端口資源。

如圖4所示，本實(shí)用新型所述的電路結(jié)構(gòu)通過外圍的電容C1和電阻R1將正電源端LOOP+的輸入信號(hào)交流(AC)耦合到傳感器調(diào)理變送芯片20的一個(gè)I/O口，即IN腳，通過AC耦合的方式隔離了電源的交流(DC)高壓，避免高電源電壓損壞芯片內(nèi)部器件。傳感器調(diào)理變送芯片20內(nèi)部的施密特觸發(fā)器70將進(jìn)入IN腳的輸入信號(hào)整形成內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)娇刂破?0進(jìn)行解析?？刂破?0解析完信號(hào)之后會(huì)給出對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，通過由傳感器調(diào)理變送芯片20內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊40，電阻網(wǎng)絡(luò)R2、R3，運(yùn)算放大器50和外部的三極型晶體管60以及電阻R4構(gòu)成的電流變送電路，以電流形式輸出。由于電流變送電路為閉環(huán)結(jié)構(gòu)，輸出信號(hào)的抗干擾能力得到增強(qiáng)。

如圖5所示，本實(shí)用新型所述的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)都通過調(diào)節(jié)方波占空比來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)0和數(shù)據(jù)1，方波占空比為25％的信號(hào)代表數(shù)據(jù)0，方波占空比為75％的信號(hào)代表數(shù)據(jù)1。其中輸入信號(hào)為AC耦合到傳感器調(diào)理變送芯片20的電壓信號(hào)，高電平為VH，低電平為VL，變送器的工作電壓一般不低于12V，也即VL不低于12V。傳感器調(diào)理變送芯片20工作電壓為5V的情況下，VH通常略大于VL+5V。輸出信號(hào)為電流變送電路調(diào)制輸出的電流信號(hào)，高電流為IH，低電流為IL。所述的通信數(shù)據(jù)格式比傳統(tǒng)用于HART通信的FSK調(diào)制數(shù)據(jù)格式更加易于解析，不需要專用調(diào)制解調(diào)芯片對(duì)HART輸入信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以及一顆MCU芯片對(duì)HART協(xié)議進(jìn)行解析，大大降低了變送器方案的成本。

如圖6所示，為本實(shí)用新型一種用于變送器調(diào)理芯片的通信方法，其可以靈活的切換到電流變送輸出狀態(tài)，包括以下步驟：

(1)傳感器調(diào)理變送芯片在上電時(shí)設(shè)置了一個(gè)通信時(shí)間窗口；

(2)如果在通信時(shí)間窗口檢測(cè)到了進(jìn)入通信模式命令，芯片會(huì)進(jìn)入通信模式；否則，芯片自動(dòng)退出通信模式進(jìn)入正常電流變送輸出狀態(tài)；

(3)在通信模式下，通過發(fā)送退出通信模式命令使芯片進(jìn)入正常電流變送輸出狀態(tài)，或者通過發(fā)送禁用通信模式命令使芯片在下次上電后立刻進(jìn)入正常電流變送輸出狀態(tài)，方便用戶使用。