HART通信协议在现场仪表远程通信中的实现2

《HART通信协议在现场仪表远程通信中的实现2》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、HART通信协议在现场仪表远程通信中的实现1HART协议简介HART(HighwayAddressableRemoteTransducer),可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosemen公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备Z间的通信协议。HART装置提供具有相对•低的带宽，适度响应吋间的通信，经过10多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4〜20mA模拟信号上叠加幅度为0・5mA的音

2、频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为l・2Mbps。由于FSK信号的平均值为0,不影响传送给控制系统模拟信号的人小，保证了与现冇模拟系统的兼容性。在HART协议通信中，主要的变量和控制信息由4〜20mA传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。HART通信采用的是半双工的通信方式。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笫七层应用层。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

3、和数字通信同时进行而乂互不干扰，HART协议采用频移键控技术FSK,即在4〜20mA模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采用Bell202国际标准，数字信号的传送波特率设定为1200bps,如图1所示。通信介质的选择视传输距离长煎而定。通常釆用双绞同轴电缆作为传输介质吋，最大传输距离可达到1500m。线路总阻抗应在230〜1100QZ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协议根据兀余检错码信息，采用白动重复请求发送机制，消除由于线路噪咅或其他干扰引起的数据通讯出错，实现

4、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人小。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。由于数据的冇无和长短并不恒定，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。2现场仪表HART协议远程通信硬件设计某现场仪表的HART协议部分主要完成数字信号到模拟电流信号的转换，并实现对主要变暈和测量、过程参数、设备纟fl态、校准及诊断信息的访问。图2是

5、HART协议通信模块结构设计框图。HART通信部分主要illD/A转换和Bell202MODEM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4〜20mA电流输出，以输岀主要的变量。Bell202MODEM及其附属电路的作用是对證加在4〜20mA环路上的信号进行带通滤波放大后，HART通信单元如來检测到FSK频移键控倍号，则由Bell202MODEM将1200Hz的倍号解调为'T',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

6、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。D/A变换器采用AD421,它是美国ADI公司推出的一种单片高性能数模转换器，山环路供电，16位数字信号以串行方式输入，可以将数字信号肓接转换成4〜20mA电流输出。它提供了高精度、全集成、低功耗的解决方案，采用16引脚DIP、TSSOP、SOIC封装，可实现低成木的远程智能工业控制。AD421包括串行输入16位D/A(数字/电流)转换，除自身用电外，还提供可选择的(5V,3.3V或3

7、V)稳压输出供变送器其他部分用电。HARTMODEM采用Smar公司的HT2012,是符合Bell202标准的半双工调制解调器,实现HART协议规定的数字通信的编码或译码。该芯片专为HART仪辭设计，片内集成了符合BELL202标准的调制器、解调器、时钟及定时电路、检测控制电路。性价比较高，16脚DIP和28脚PLCC封装，在+5V供电吋工作电流80

8、jAaHT2012与微控制器交换数字信号，同AD421作模拟信号接口。它一方面与MCU的异步串行通信口进行串行通信，一方面将输入的不归零的数字信号调制成FSK信号，再经AD

9、421叠加在4〜20mA的回路上输出，或者将回路信号经带通滤波、放大整形后取出FSK信号解调为数字信号，从而实现HART通信。对于HARTMODEM所需要的输入吋蚀，采用7.3728MHz的品振通过两个计数器74LS161进行两次4分频，得到16分频的吋钟。由于HART数字通信的要求，有0・5mA的正弦波电流信号替加