HART通信協(xié)議在現(xiàn)場儀表遠程通信中的實現(xiàn)

　　一、HART協(xié)議簡介

　　HART協(xié)議參考 ISO/OSI（開放系統(tǒng)互連模型），采用了它的簡化三層模型結(jié)構(gòu)，即第一層物理層，第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層。

 　　第一層：物理層。規(guī)定了信號的傳輸方法、傳輸介質(zhì)，為了實現(xiàn)模擬通信和數(shù)字通信同時進行而又互不干擾，HART協(xié)議采用頻移鍵控技術(shù) FSK，即在4mA～20mA模擬信號上迭加一個頻率信號，頻率信號采用 Be11202國際標準，數(shù)字信號的傳送波特率設(shè)定為 1200bps，1200Hz代表邏輯“0”，2200Hz代表邏輯“1”，信號幅值0.5A。 　　通信介質(zhì)的選擇視傳輸距離長短而定。通常采用雙絞同軸電纜作為傳輸介質(zhì)時，最大傳輸距離可達到1500ｍ。線路總阻抗應(yīng)在230Ω～1100Ω之間。

 　　第二層：數(shù)據(jù)鏈路層。規(guī)定了HART幀的格式，實現(xiàn)建立、維護、終結(jié)鏈路通訊功能。HART協(xié)議根據(jù)冗余檢錯碼信息，采用自動重復(fù)請求發(fā)送機制，消除由于線路噪音或其他干擾引起的數(shù)據(jù)通訊出錯，實現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)無差錯傳送。 　　現(xiàn)場儀表要執(zhí)行HART指令，操作數(shù)必須合乎指定的大小。每個獨立的字符包括1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個奇偶校驗位和一個停止位。由于數(shù)據(jù)的有無和長短并不恒定，所以HART數(shù)據(jù)的長度也是不一樣的，最長的HART數(shù)據(jù)包含25個字節(jié)。

 　　第七層：應(yīng)用層。為HART命令集，用于實現(xiàn) HART指令。命令分為三類，即通用命令、普通命令和專用命令。

　　二、現(xiàn)場儀表HART協(xié)議遠程通信硬件設(shè)計

 　　HART通信部分主要由D/A轉(zhuǎn)換和Bell202 MODEM及其附屬電路來實現(xiàn)。其中，D/A變換作用是直接將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成4mA～20mA電流輸出，以輸出主要的變量。Bell202 MODEM及其附屬電路的作用是對疊加在4mA～20mA環(huán)路上的信號進行帶通濾波放大后，HART通信單元如果檢測到FSK頻移鍵控信號，則由Bell202 MODEM將1200Hz的信號解調(diào)為“1”，2200Hz信號解調(diào)為“0”的數(shù)字信號，通過串口通信交MCU，MCU接收命令幀，作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。然后，MCU產(chǎn)生要發(fā)回的應(yīng)答幀，應(yīng)答幀的數(shù)字信號由MODEM調(diào)制成相應(yīng)的1200Hz和2200Hz的FSK頻移鍵控信號，波形整形后，經(jīng)AD421疊加在環(huán)路上發(fā)出。

　　三、通信的軟件設(shè)計

 　　HART通信程序也即為HART協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的軟件實現(xiàn)，是整個現(xiàn)場儀表軟件設(shè)計的關(guān)鍵。

　　在HART通信過程中，主機（上位機）發(fā)送命令幀，現(xiàn)場儀表通過串行口中斷接收到命令幀后，由MCU作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生應(yīng)答幀，由MCU觸發(fā)發(fā)送中斷，發(fā)出應(yīng)答幀，從而完成一次命令交換。

 　　首先在上電或者看門狗復(fù)位后，主程序要對通信部分進行初始化，主要包括波特率設(shè)定、串口工作方式設(shè)定、清通信緩沖區(qū)、開中斷等。

　　四、結(jié)語

 　　實踐證明，上述方法具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的特點，完全符合HART協(xié)議，具有較好的通用性。 　　由于HART眾多不容置疑的優(yōu)點，使得它成為全球應(yīng)用最廣的現(xiàn)場通信協(xié)議，已成為工業(yè)上實用的標準。因此在今后很長一段時期內(nèi)，HART協(xié)議產(chǎn)品在國內(nèi)仍然具有十分廣闊的市場。