HART通信协议在现场仪表远程通信中的实现
zkshejis
zkshejis Lv.2
2008年02月25日 09:51:09
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HART通信协议在现场仪表远程通信中的实现一、HART协议简介  HART协议参考 ISO/OSI(开放系统互连模型),采用了它的简化三层模型结构,即第一层物理层,第二层数据链路层和第七层应用层。第一层:物理层。规定了信号的传输方法、传输介质,为了实现模拟通信和数字通信同时进行而又互不干扰,HART协议采用频移键控技术 FSK,即在4mA~20mA模拟信号上迭加一个频率信号,频率信号采用 Be11202国际标准,数字信号的传送波特率设定为 1200bps,1200Hz代表逻辑“0”,2200Hz代表逻辑“1”,信号幅值0.5A,如图1所示。

HART通信协议在现场仪表远程通信中的实现
一、HART协议简介 
HART协议参考 ISO/OSI(开放系统互连模型),采用了它的简化三层模型结构,即第一层物理层,第二层数据链路层和第七层应用层。
第一层:物理层。规定了信号的传输方法、传输介质,为了实现模拟通信和数字通信同时进行而又互不干扰,HART协议采用频移键控技术 FSK,即在4mA~20mA模拟信号上迭加一个频率信号,频率信号采用 Be11202国际标准,数字信号的传送波特率设定为 1200bps,1200Hz代表逻辑“0”,2200Hz代表逻辑“1”,信号幅值0.5A,如图1所示。
通信介质的选择视传输距离长短而定。通常采用双绞同轴电缆作为传输介质时,最大传输距离可达到1500m。线路总阻抗应在230Ω~1100Ω之间。
  第二层:数据链路层。规定了HART帧的格式,实现建立、维护、终结链路通讯功能。HART协议根据冗余检错码信息,采用自动重复请求发送机制,消除由于线路噪音或其他干扰引起的数据通讯出错,实现通讯数据无差错传送。
  现场仪表要执行HART指令,操作数必须合乎指定的大小。每个独立的字符包括1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验位和一个停止位。由于数据的有无和长短并不恒定,所以HART数据的长度也是不一样的,最长的HART数据包含25个字节。
  第七层:应用层。为HART命令集,用于实现 HART指令。命令分为三类,即通用命令、普通命令和专用命令。
二、现场仪表HART协议远程通信硬件设计
HART通信部分主要由D/A转换和Bell202 MODEM及其附属电路来实现。其中,D/A变换作用是直接将数字信号转换成4mA~20mA电流输出,以输出主要的变量。Bell202 MODEM及其附属电路的作用是对叠加在4mA~20mA环路上的信号进行带通滤波放大后,HART通信单元如果检测到FSK频移键控信号,则由Bell202 MODEM将1200Hz的信号解调为“1”,2200Hz信号解调为“0”的数字信号,通过串口通信交MCU,MCU接收命令帧,作相应的数据处理。然后,MCU产生要发回的应答帧,应答帧的数字信号由MODEM调制成相应的1200Hz和2200Hz的FSK频移键控信号,波形整形后,经AD421叠加在环路上发出。
三、通信的软件设计
  HART通信程序也即为HART协议数据链路层和应用层的软件实现,是整个现场仪表软件设计的关键。
  在HART通信过程中,主机(上位机)发送命令帧,现场仪表通过串行口中断接收到命令帧后,由MCU作相应的数据处理,产生应答帧,由MCU触发发送中断,发出应答帧,从而完成一次命令交换。
  首先在上电或者看门狗复位后,主程序要对通信部分进行初始化,主要包括波特率设定、串口工作方式设定、清通信缓冲区、开中断等。
四、结语
  实践证明,上述方法具有结构简单、工作可靠的特点,完全符合HART协议,具有较好的通用性。
  由于HART众多不容置疑的优点,使得它成为全球应用最广的现场通信协议,已成为工业上实用的标准。因此在今后很长一段时期内,HART协议产品在国内仍然具有十分广阔的市场。
本文转自:赛尔社区. http://bbs.shejis.com/viewthread.php?tid=1268217&fromuid=173651
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