具备HART主站功能的模拟量采集模块设计

来源：计算机测量与控制杂志2022年第12期北京时间：

作者：胡中泽,靳子洋

单位：国核自仪系统工程有限公司

摘要：设计基于CPU+FPGA架构的具备快速HART主站功能的多通道模拟量采集模块；采集模块的CPU与FPGA通过PCIe总线通信；FPGA通过隔离的SPI总线控制8路模拟量采集通道，并与两路协议转换芯片通信；单个协议转换芯片实现一路SPI与四路UART的转换，与四路HART MODEM通过UART接口通信；HART信号通道与模拟量采集通道一一对应，HART信号通过耦合模块与模拟量信号在滤波模块和保护电路之间叠加；模拟量输入信号，经过通道保护电路和滤波模块后到达模拟量转换模块，进行模数转换；通过使用FPGA和协议转换芯片，实现了8个模拟量采集通道的并行采集处理，实现了HART通道串行通信的并行工作；在CPU中运行两个独立线程，各自负责一片协议转换芯片下的四路HART通信，四路HART通信以循环发送和循环接收的方式工作；并行工作的方式提高了模拟量采集的速率，减少了HART通信的等待时间，提高了HART通信的效率；模块通道之间相互隔离，降低了通道间故障相互影响的概率，提高了模块的可靠性；模块支持4~20mA电流信号和±5V、±10V电压信号采集，采集精度0.1%，电流采样电阻250欧姆，通道间隔离电压可达1000VDC。

关键词：模拟量;采集;HART;FPGA;通信

基金资助：国家电力投资集团(20RD009A)