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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(hào)的傳輸方法、傳輸介質(zhì)，為了實(shí)現(xiàn)模擬通信和數(shù)字通信同時(shí)進(jìn)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(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào)，頻率信號(hào)采用 Be11202國際標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字信號(hào)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(hào)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(shí)，最大傳輸距離可達(dá)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(shí)現(xiàn)建立、維護(hù)、終結(jié)鏈路通訊功能。HART協(xié)議根據(jù)冗余檢錯(cuò)碼信息，采用自動(dòng)重復(fù)請求發(fā)送機(jī)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(cuò)，實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)無差錯(cuò)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(gè)獨(dú)立的字符包括1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)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(gè)字節(jié)。
第七層：應(yīng)用層。為HART命令集，用于實(shí)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(yuǎn)程通信硬件設(shè)計(jì)
HART通信部分主要由D/A轉(zhuǎn)換和Bell202 MODEM及其附屬電路來實(shí)現(xiàn)。其中，D/A變換作用是直接將數(shù)字信號(hào)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(hào)進(jìn)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(hào)，則由Bell202 MODEM將1200Hz的信號(hào)解調(diào)為“1”，2200Hz信號(hào)解調(diào)為“0”的數(shù)字信號(hào)，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(hào)由MODEM調(diào)制成相應(yīng)的1200Hz和2200Hz的FSK頻移鍵控信號(hào)，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(jì)
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(shí)現(xiàn)，是整個(gè)現(xiàn)場儀表軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
在HART通信過程中，主機(jī)（上位機(jī)）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(jìn)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(shí)踐證明，上述方法具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的特點(diǎn)，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(diǎn)，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(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)。因此在今后很長一段時(shí)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。
