1、hart通訊協議在現場儀表遠程通訊中的實現hart通訊協議在現場儀表遠程通訊中的實現摘 要：在工業控制的領域范圍內，現場總線過渡標準的hart 協議已經得到廣泛的認可但是，目前的許多技術還處于一個上升階段, hart協議通信卡在hart中是一個非常關鍵的組件。接下來，我們就 共同探討一下hart通訊協議在現場儀表遠程通訊中的實現。關鍵詞：hart通訊協議；現場儀表；遠程通訊；實現 0引言 目前，世界上大部分的智能儀表都使用了 hart通訊協議，而主要的 儀表供應商所提供的智能儀表也都支hart通訊協議。在工業控制的 系統中，位于地層的現場儀表包含了許多部分，例如在線分析儀表、 變送器、執行器等

2、檢測儀表。現場儀表從模擬階段上升到智能化的發 展階段,在現場儀表中，總線化是一個新的耍求,而通訊功能是現場 儀表總線化的基本要求。 1 hart協議 hart協議使用了 420ma模擬信號上的疊加音數字信號，從而能夠保證進行雙向數字通 訊，而不影響控制系統模擬信號傳送的大小，使之與現有的模擬系統 能夠兼容。hart協議共使用了 0si模型中的三個部分，分別是第一 層、第三層、第七層，也就是物理層、數據鏈路層和應用層。如下圖 1所示的hart通訊模型。1. 1物理層在物理層，對信號傳輸的介質和傳輸方法都做了相應的要求，hart信號傳輸是建立在 bell202通訊標準上的，通過頻移鍵控的方法，將傳

3、送波特率設為 1200bit/s,傳輸率設為1200位/s,把頻率的正弦波與模擬信號疊加 一起傳送。fsk不會影響到模擬信號，因為它的平均值為零。一般情 況下，使用雙絞同軸電纜傳輸可以使傳輸的距離達到1500in。1.2數據鏈路層在數據鏈路層中，非常明確的規定了 hart幀的格式,從而使之擁有終結、建立、維護鏈路通訊的功能，通過檢錯碼信息， 可以對自動重復請求自動發送，消除產生干擾的數據通訊和線路噪音, 從而實現無差錯的傳送通訊數據。hart幀包括用戶數據、尋址信息、 鏈路同步信息、校檢和組成，在類型上可以分為應答幀、請求幀和陣 發幀。定界符代表hart幀的開始，對幀的類型和尋址格式進行了定義

4、。hart幀編碼是以8位為一個字節的，可以保證每個字節在進行 數據傳輸時能夠同步。hart協議訪問鏈路的方式為令牌式方式，但 是它并不是循環的轉發令牌，只有在得到令牌站點后才能進行訪問。 iiart協議把鏈路設備分為三類：笫一主設備、從設備表示現場儀表 訪問方式進行數據通訊、陣發設備。1. 3應用層 在應用層,可以對所請求的命令進行執行，在iiart協議中，可以把命令分為常 用命令、通用命令、專用命令。從功能上有可以劃分為現場儀表管理 命令、操作方法相關命令、儀表變量相關信息讀寫命令。在現場儀表 管理命令中，可以獲取很多的管理信息，例如儀表的軟、硬件版本號、 裝配號、h期、工位號、描述符等。根

5、據操作方法相關命令，可以設 定固定輸岀的模擬電流，進行回路測試，使用調整后的模擬電流輸出 增益和零點，從而實現儀表的自動校正和診斷等。對于儀表變量相關 的信息讀寫命令,可以按照設定的單位，檢測儀表的變量和輸出電流, 當傳感器每執行一次通訊，主設備就可以從中獲得w4個變量數值。 變量信息屮包含變量運算函數代碼、量程范圍、阻尼值和變量單位。 可以調整變送器的量程和零點；而傳感器的信息中包含有極限值、單 位代碼和傳感器序列號。2 hart通訊協議在現場儀表中的實現近年來，國外已經相繼推出了 iiart協議在微控制器中的應用，在智 能變送器里，傳感器發出的信號，在數字化后，首先由微控制器進行 處理，然

6、后轉化成電流信號，還需要留有hart數字信號接口。利用 手持通信器或者控制室進行通信組態。差容式傳感器內部包括兩塊固定極板和一個可以隨著壓力變化而移動的可動電極。而這兩塊 極板以相同的距離放于可動電極的兩側，與可動電極共同形成兩個電 容。如果一側輸入測定壓力，在另一側輸入大氣壓，就可以組合成一 個壓力傳感器，如果兩側都是壓力輸入，就可以組成一個差壓傳感器。 可動電極的位移和兩側接入的壓力差在一定的范圍內會形成一個比 例。可以設定兩個等效電容值，分別表示為：公式屮，表示為一個常數，大約為2.8x8. 9pf/m； a表示電極的有效面積，d代 表當壓力為0時，可動電極和固定極板的距離，ad表示為可

7、動電極 隨壓力變化的移動距離。通過計算可以得到：，rc電路的時間常數 為t二rc,這樣，通過串聯的固定電阻，就可以測定出充電的吋間，從而計算出電容和，然后通過a d/d轉化為壓力的數值。變送器的結構框圖如下圖2。其中使用了微控制器、ht2012和ad421。 ad421除了自身用電外，不僅包括串行輸入的16位d/a轉換，還向 其他的部分提供可以選擇的穩壓輸出供變送器用電。在ht2012片內, 有許多符合bell202標準的調制器、時鐘、檢測控制電路和解調器。 通過信號變換電路，可以把差容式壓力傳感器變成壓力與周期相關的 方波信號，當光電隔離z后，變可以送入微控制器。通過微控制器, 能夠很準確的

8、測量出相關的吋間，然后把相應的壓力數值并作遷移和 倍率，在校準后，把ad421作為d/a轉換成為420ma的模擬電流。在 hart協議的要求中，數字通信可以由譯碼或者ht2012編碼，微控制 器與ht2012交換數字信號，把ad421作為模擬信號的接口，而整個 的變送器電源都是有ad421提供的。3通信的軟件設計在整個現場儀表軟件設計中，關鍵之處在于hart應用層和數據鏈路層 在軟件中的實現。在整個通信過程中，當上位機的命令幀發出后，想 擦很難過儀表就可以通過串行口的屮斷，然后接受命令幀，z后便由mcu進行相關的數據處理，在此過程中會產生應答幀，然后由mci；進 行中斷，完成應答幀的過程，從而

9、把一次命令完成。當看門狗 復位z后，必須要對通信部分進行初始化，這主要包括清通信緩沖區、 串口工作方式設定、波特率設定、開中斷等。當初始化階段完成z后, 通訊部分就會處于準備接收的狀態，如果這吋有命令發來，ht2012 的載波檢測口會變為低電平，在中斷后進行接收，而程序就會進入到 接收的部分。然后就可以對主機的命令進行解釋，根據接收到的命令 進行相應的操作，最后按照格式把所生成的應答幀送入到通信緩沖區,當完成發送后，就可以把sci關閉。4結語 iiart協議所具有的優點，使它能夠在全球的范圍內廣泛的被采用，并應用于最廣 的現場通信協議中。冃前，在工業領域，hart協議已經形成了一個實用的標準。因此，在很長的時期內，hart協議產品仍然有很寬闊 的發展前景。 參考文獻：1馬永成、莫徳舉，hart協議在多變量渦街流量計中的實現j微計算機信息,2005,12(1),13-14. 劉濱，iiart智能終端在儀表維護中的應用j黑龍江科技信息， 2012, 15 (8), 69.3趙旳、魏祥毓、龐彥斌、黃志堯，符合hart協議的現場儀表通信卡軟件研究開發j 儀器儀表學報,2001, 22 (3), 428-4314沈國偉、費元春，hart通信協議在現場儀表遠程通信屮的實現j今口電子，2003,20(11), 22-24.5江天生，一個無線平臺支持多種應用和多種通訊協