Hart协议通讯基础知识.doc

现代工业生产中存在着多种不同的主机和现场设备，要想很好地使用他们，完善的通讯协议是必须的。HART协议最初是由美国Rosemount公司开发，已应用了多年。HART协议使用FSK技术，在420mA信号过程量上叠加一个频率信号，成功地把模拟信号和数字信号双向同时通讯，而不互相干扰。HART协议参照了国际标准化组织的开放性互连模型，使用OSI标准的物理层、数据链路层、应用层。HART协议规定了传输的物理形式、消息结构、数据格式和一系列操作命令，是一种主从协议。当通讯模式为“问答式”的时候，一个现场设备只做出被要求的应答。HART协议允许系统中存在2个主机（比如说，一个用于系统控制，另一个用于HART通信的手操仪），如果不需要模拟信号，多点系统中的一对电缆线上最多可以连接15个从设备。 物理层 附件: 您所在的用户组无法下载或查看附件 物理层规定了信号的传输方法、传输介质。采用Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的420mA模拟信号上叠 加一个频率数字信号进行双向数字通信。数字信号的幅度为0 . 5 m A ，数据传输率为1200bps，1200Hz代表逻辑“1”，2200Hz代表逻辑“0”。数字信号波形如上图所示。 数据链路层 数据链路层规定HART协议帧的格式，可寻址范围015，“0”时，处于420mA及数字信号点对点模式，现场仪表与两个数字通信主设备（也称作通信设备或主设备）之间采用特定的串行通信，主设备包括PC机或控制室系统和手持通信器。单站操作中，主变量（过程变量）可以以模拟形式输出，也可以以数字通信方式读出，以数字方式读出时，轮询地址始终为0。也就是说，单站模式时数字信号和420mA模拟信号同时有效。 “115”处于全数字通信状态，工作在点对多点模式，通信模式有“问答”式、“突发”式(点对点、自动连续地发送信息)。按问答方式工作时的数据更新速率为23次s，按突发方式工作时的数据更新速率为34次s。在本质安全要求下，只使用一个电源，至多能连接15台现场仪表，每个现场设备可有256个变量，每个信息最大可包含4个变量。这就是所谓的多点（多站）操作模式。这种工作方式尤其适用于远程监控，如管道系统和油罐储存场地。采用多点模式，420mA的模拟输出信号不再有效（输出设在4mA使功耗最小，主要是为变送器供电，各个现场装置并联连接 ），系统以数字通信方式依次读取并联到一对传输线上的多台现场仪表的测量值（或其它数据）。如果以这种方式构成控制系统，可以显著地降低现场布线的费用和减少主设备输入接口电路，这对于控制系统有重要价值。 HART协议根据冗余检错码信息，采用自动重复请求发送机制，消除由于线路噪声或其他干扰引起的数据误码，实现数据无差错传送。能利用总线供电，可满足本质安全防爆要求。HART协议信息帧的格式如下图所示。 HART协议的帧格式以8位为一个字节进行编码，对每个字节加上一个起始位、一个奇偶校验位和一个停止位以串行方式进行传输。通常采用UART（通用异步接收/发送器）来完成字节的传输。由于数据的有无和长短不恒定，所以HART数据的长度不能超过25个字节。 消息结构如下所示，一条消息包括源地址、目的地址和一个校验位。每一个应答消息中包括现场设备状态，用于确保持续通讯的顺畅进行。数据位可有可无，视具体情况而定。一般每秒种可以传输23条消息。 PREAMBLE START ADDR COM BCNT STATUS DATA PARITY 序文 定界符 地址 命令号 数据长度 响应码 数据字节 奇偶校验HART50以前版本的设备一般采用“短结构”，单一的现场设备如果只利用420 mA电流信号进行测量时，从设备的地址都是0；否则，对于多设备而言，从设备的地址是从115，这种短结构的地址采用“随选”的方法，随机分配115中的一个。HART50版本推出了“长结构”，这种格式的从设备地址具有独一无二性，如同每个网卡中物理地址一样，全世界范围内都没有重复，一般占5个地址字节中的38位。这38位地址信息包含了生产厂家的代码、设备型号码和设备识别码。这种格式减少了误传输和误接收的可能性。现在大多数主机设备既能支持长结构又兼容短结构，当从机的应答信号中没有“唯一”标识码时，HART50及其以上的版本提供的0号命令，就可以用于短帧中的设备地址识别。也就是说，主机将根据应答信号中是否具有“惟一”标识码来决定结构格式为“长”还是“短”。 一般消息帧的组成，其中：（1）PREAMBLE导言字节，一般是520个FF十六进制字节。他实际上是同步信号，各通讯设备可以据此略做调整，保证信息的同步。在开始通讯的时候，使用的是20个FF导言，从机应答0信号时将告之主机他“希望”接收几个字节的导言，另外主机也可以用59号命令告诉从机应答时应用几位导言。（2）START起始字节，他将告之使用的结构为“长”还是“短”、消息源、是否是“突发”模式消息。主机到从机为短结构时，起始位为02，长帧时为82。从机到主机的短结构值为06，长结构值为86。而为“突发”模式的短结构值为01，长结构为81。一般设备进行通讯接收到2个FF字节后，就将侦听起始位。（3）ADDR地址字节，他包含了主机地址和从机地址，如前所述，短结构中占1字节，长结构中占5字节。无论长结构还是短结构，因为HART协议中允许2个主机存在，所以我们用首字节的最高位来进行区分，值为1表示第一主机地址，第二主机用0表示。“突发”模式是特例，0，1值将交替出现，也就是说，在该模式下，赋予2个主机的机会均等。次高位为1表示为“突发”模式，短结构用首字节的04位表示值为015的从机地址，第5，6位赋0；而长结构用后6位表示从机的生产厂商的代码，第2个字节表示从机设备型号代码，后35个字节表示从机的设备序列号，构成“唯一”标志码。 MA 主机地址BM 突发模式00SA 从SA 机SA 地SA 址短 帧 地 址 结 构 另外，长结构的低38位如果都是0的话表示的是广播地址，即消息发送给所有的设备。（4）COM命令字节，他的范围为253个，用HEX的0FD表示。31，127，254，255为预留值。（5）BCNT数据总长度，他的值表示的是BCNT下一个字节到最后（不包括校验字节）的字节数。接收设备用他可以鉴别出校验字节，也可以知道消息的结束。因为规定数据最多为25字节，所以他的值是从027。（6）STATUS状态字节，他也叫做“响应码”，顾名思义，他只存在于从机响应主机消息的时候，用2字节表示。他将报告通讯中的错误、接收命令的状态（如：设备忙、无法识别命令等）和从机的操作状态。如果我们在通讯过程中发现了错误，首字节的最高位（第7位）将置1，其余的7位将汇报出错误的细节，而第2个字节全为0。否则，当首字节的最高位为0时，表示通讯正常，其余的7位表示命令响应情况，第2个字节表示场设备状态的信息。UART发现的通讯错误一般有：奇偶校验、溢出和结构错误等。命令响应码可以有128个，表示错误和警告，他们可以是单一的意义，也可以有多种意义，我们通过特殊命令进行定义、规定。现场设备状态信息用来表示故障和非正常操作模式。（7）DATA数据字节，首先我想说明的是并非所有的命令和响应都包含数据字节，他最多不超过25字节（随着通讯速度的提高，正在要求放宽这一标准）。数据的形式可以是无符号的整数（可以是8，16，24，32 b），浮点数（用IEEE754单精浮点格式）或ASCII字符串，还有预先制定的单位数据列表。具体的数据个数根据不同的命令而定。（8）CHK奇偶校验，方式是纵向奇偶校验，从起始字节开始到奇偶校验前一个字节为止。另外，每一个字节都有1位的校验位，这两者的结合可以检测出3位的突发错误。 应用层 操作命令处于应用层，包括通用命令、普通命令和特殊命令。 通用命令通用命令是所有现场装置都配备的包括 1) 读制造商码和设备类型 2) 读一次变量PV和单位 3) 读当前输出和百分量程 4) 读取多达4个预先定义的动态变量 5) 读或写8字符标签16字符描述符日期 6) 读或写32字符信息 7) 读变送器量程单位阻尼时间常数 8) 读传感器编号和极限 9) 读或写最终安装数 10) 写登录地址 常用命令常用命令提供的功能是大部分但不是全部现场装置都配备的包括 1) 读4个动态变量之一 2) 写阻尼时间常数 3) 写变送器量程 4) 校准置零置间隔 5) 设置固定的输出电流 6) 执行自检 7) 执行主站复位 8) 调整PV零点 9) 写PV单位 10) 调整DAC零点于增益 11) 写变换函数平方根/线性 12) 写传感器编号 13) 读或写动态变量用途专用命令专用命令提供分别对特殊的现场装置适用的功能包括 1) 读或写低流量截止值 2) 起动停止或取消累积器 3) 读或写密度校准系数 4) 选择一次变量 5) 读或写结构材料信息 6) 调整传感器校准值 通用命令的范围从030： 0，11：设备识别（厂商、设备类型、版本） 1，2，3：读测量值 6：置随选地址 12，13，17，18：读、写用户输入文本信息 14，15：读设备信息（传感器序列号，传感限，报警操作，范围，传输结构） 16，19：读、写最终装配号 普通命令是从32到126，提供了大多数设备的功能命令。普通命令中的123和126号命令并非“公共”的，他们专用于生产厂家在生产设备时输入设备的特殊信息，一般用户是不会改动的，像设备识别号之类。也可以用于直接读、写存储器。 33，61，110：读测量值 3437，44，47：设置操作变量（范围、时限、PV值、传输功能） 38：复位“结构变化”标志 39：EPROM控制 4042：对话功能（固定电流模式、自测、复位） 43，45，46：模拟输入、输出整流 48：读附设备的状态 49：写传感器序列号 5056：用传输变量 57，58：单元信息（标志、描述、数据） 59：写所需导言号 60，6270：使用复合模拟输出 107109：突发模式控制 特殊命令的范围是从128253，他提供给现场设备专用的功能。早先的设备特殊命令常常将设备型号码作为数据中的第1个字节，以保证命令传输给正确的设备。在HART50版本之后，由于惟一标识码的使用，就省略掉了这步骤。用户若要使用不同设备的特殊命令时可以参照厂家提供的设备文档。常用重要命令介绍0，11：用于识别现场设备。我们知道无论采用长结构还是短结构都可以标识现场设备，应答0号命令的信息中就包含了对不同设备的标识；然后，主机建立不同的标志，为随后的长结构命令做准备。在HART40版本及以前，传输类型码分为2字节：一个是生产厂商代码，另一个是设备类型代码。而两个字节还可以节略。到了HART50版本就必须使用扩充的代码表示设备信息，还用ID号代替了最终流水线号。一个主机通常以0号命令开始通讯，赋予随选地址0，然后扫描115地址，看谁期待操作，显然由于HART50版本后的设备，主机可以使用11号命令，再带一个全0的广播地址，外加命令中的标志作为数据，等待着具有相同标志的从机响应，而应答的11号命令等同于0号命令。2，3：用于读取不同形式中的测量变量。命令2和3中有以mA为单位的电流值，电流值只有在设定输出范围内才可以作为主参量PV，而在其他时候，像复用模式、输出量可变、饱和或设备错误都不能如此使用。尽管PV和其他动态变量不受设定输出范围的限制，但是却必须受限于传感设备。6：用于随选地址的设定。设定为0，该设备就在点到点的模式工作，产生模拟输出信号；设61定为115，设备就工作在多点模式中，输出电流值固定为4 mA。12，19：用于读、写一系列设备信息。HART40版本及以前使用4号和5号命令实现此功能。 数据格式如果传送的命令不成功，那么响应中就不包含数据。然而响应值是从现场设备内存中取出的，是一个近似值。数据所占的字节和格式视不同的命令而定，具体的规则可以查询相关的资料。 看实例了解HART消息结构例1：主机到从机 FFFFFFFFFF82A606BC614E0100B0上面是主机到从机发送的一条消息。前5个字节值都为FF，显然他是导言字节。接着的82起始字节，表示主机到从机发出的长结构的消息。后5个字节 “A6，06，BC，61，4E”是地址字节化为二进制表示如下： A6 06 BC 61 4E 1010 0110 0000 0110 1011 1100 0110 0001 0100 1110可见首字节A6的最高位为1表示主机，次高位为0表示非突发模式，后面的38 b表示设备的惟一标号： “100110”是生产厂家代码，值为38，是Rosemount公司的代码；后一字节06是设备型号代码，06代表的型号是3051C；后面的3个字节是设备识别号，本例中的值为12345678；再接下来的01是命令字节，表示1号命令，即读取PV值后面的00是表示数据的长度；本例中无数据，值为0；最后是校验字节B0； 例2：从机到主机 FF FF FF FF FF86A6 06 BC 61 4E010700 0006 40 B0 00 0045上面表示的是从机到主机的一条消息。本例大部分与例1相似，不同的是数据字节不再为0，其中的06表示单位PSI；后面的4个字节是用浮点数表示的值， 为55。并且由于本例是由从机到主机的应答消息，所以存在着状态位，即本例中的“00 00”，表示“OK”。 例3：突发模式 FF FF FF FF FF8153 03 04 E6 D7031A00 6041 3F A0 002741 3F A0 003942 47 60 0006BF 06 60 003941 95 0000D4上面是突发模式发出的一条消息。第1个字节81表示突发的长结构模式，与前例中相似的地方我们不再介绍。注意到状态字节“00 60”后的字节“41 3FA000”，他表示的是当前的电流值，计算后是11976 6；后面的27表示单位mA，像后面的39表示“”一样。数据字节中的“42 47 60 00”，“BF06 60 00”，“41 95 0000”分别表示“SV”，“TV”，“FV”表示方法与PV相同。经过解释后的消息可以表示为：“LBTXSRdAllPv0260060119766mA119766498438psi052490218625D4”。 HART协议适配器的应用 请将检测好的HART协议适配器按照说明连接好，并确定适配器处于工作状态。按照说明启动串口调试程序或者由上位机发送相关的命令进行数据的转换，客户端可以将采集的数据进行分析，计算得到有用的数值。在这里我们以K-TEK公司型号为AT100的HART协议的液位计为例进行详细说明。 命令及命令的格式 标准的HART协议命令格式如下表所示 读设备序号命令格式说明如下： 起始位序文定界符地址命令数据长度校验位结束符由于要确保待发的命令完整的发送，我们特意在标准命令格式序文前加了一个起始位“23”和在校验位后加了一个结束符“40”。 例如：发送读取设备序号命令 23 FF FF FF FF FF 02 80 00 00 82 40 命令注解如下表所示： 起始位23序文FF FF FF FF FF定界符02地址80命令00数据长度00校验位82结束符40返回的命令格式如下表所示： 序文定界符地址命令数据长度数据校验位返回的数据为： FF FF FF FF FF 06 80 00 0E 00 40 FE 50 7F 06 05 01 01 08 00 6B 73 3A 30 返回数据命令注解如下表所示： 序文ff ff ff ff ff定界符06地址80命令00数据长度0E数据00 40 FE 50 7F 06 05 01 01 08 00 6B 73 3A校验位30返回数据6B 73 3A就是这台设备的序号。起始位和结束符只在发送命令时做确定命令的完整发送，它不改变命令本身，更不会影响数据的转换。 发送读取液位计动态变量命令 命令格式说明如下表所示： （AT100）82 90 7F固定6B 73 3A设备序号03为命令返回的数据为： FF FF FF FF FF 86 90 7F 6B 73 3A 03 15 00 40 40 D4 E0 00 2D 3E 09 1C 2D 2D 3E 92 E3 9E 20 41 D4 B2 B8 01 返回数据命令注解如下表所示： 电流40 D4 E0 00液位3E 09 1C 2D界面3E 92 E3 9E温度41 D4 B2 B8返回数据计算 经过反复实验和推理论证而推导出了基于HART协议数据的计算公式。 下面以电流和液位为例加以说明。电流值的计算： dlH=(parseddataHart13 + parseddataHart12 * 256.0 +(parseddataHart11 & 127) * 65536.0)/8388608.0 +1; dlD=(parseddataHart10*1) & 127) * 256 + (parseddataHart11*1) & 128) / 128 - 127; 液位值的计算： ywH=(parseddataHart18 + parseddataHart17 * 256.0 +(parseddataHart16 & 127) * 65536.0)/8388608.0 +1; ywD=(parseddataHart15*1) & 127) * 256 + (parseddataHart16*1) & 128) / 128 - 127; 启动串口调试程序或者由上位机发送相关的命令进行数据转换，客户端可以将采集的数据进行分析，计算得到有用的数值。将计算所得的数据送到相应的存储区，客户可以根据自己的需要来处理这些数据。也可以根据自己的需要来提取有用的数据量，具体的读取命令，请参阅相关的技术书籍或向HART仪表厂商和经销商获取仪表专用协议。操作系统及上位机组态软件只要支持RS-232便可以轻松实现与HART仪表的通讯。此HART协议适配器的转换是全透明的，它只处理HART信号与串口信号的互相转换问题，工作在应用层,只针对符合HART协议的产品，与具体的供货商无关，读取命令和数据也没有任何关系及影响。 HART协议简介2008-02-13 15:35/或许很多都人都不会接触到这个应用，即便我在大学时已经学得很多测控方面的东西，但是居然在图书馆和网上、论坛上一次都没遇见过这个技术，如果不是因为传感器（有些传感器有提到支持HART）的选型我可能还得过很长时间才会知道这个技术呢！其外，我倒是很想把日常的基础技术资料放到这里供各位网友学习的，可惜这里贴图不方便又有字数限制. 我都好久没贴东西上来了 或者说没成功地贴上我想贴的东西！ 可惜可惜./*rufeng*HART协议简介 HART（Highway Addressable Remote Transducer），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之间的通信协议。 HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，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 4mA20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。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大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。 在HART协议通信中，主要的变量和控制信息由4mA20mA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4mA20mA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1500。线路总阻抗应在2301100。 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。 第三层：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 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，并实现对主要变量和测量、过程参数、设备组态、校准及诊断信息的访问。图2是HART协议通信模块结构设计框图。 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4mA20mA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4mA20mA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。 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，由环路供电，16位数字信号以串行方式输入，可以将数字信号直接转换成4mA20mA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，可实现低成本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，3.3 V或 3 V）稳压输出供变送器其他部分用电。 HART MODEM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仪器设计，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供电时工作电流80A。HT2012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AD421叠加在4mA20mA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HART MODEM所需要的输入时钟，采用7.3728MHz的晶振通过两个计数器74LS161进行两次4分频，得到16分频的时钟。 由于HART数字通信的要求，有0.5mA的正弦波电流信号叠加在4mA电流上，因此整个硬件电路必须保证在3.5mA以下还能正常工作，因此实现系统的低功耗设计非常重要。 图3和图4分别是采用的AD421和HT2012的外围电路图。 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。 在初始化完成之后通讯部分就一直处在准备接收状态下，一旦上位机有命令发来，HT2012的载波检测口OCD变为低电平，触发中断，启动接收，程序就进入接收部分。然后完成主机命令的解释并根据命令去执行相应的操作，最后按一定的格式生成应答帧并送入通信缓冲区，启动发送，完成后关闭SCI。 图5是串行接收请求帧、回复应答帧程序的流程图。 在发送应答帧之后，再次进入等待状态，等待下一条主机命令。 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。/*来自HART 协议2009年08月31日 星期一 15:451、HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。 HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，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的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。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大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。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，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。HART 规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、都执行的命令；第二类称为一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现，这类命令包括最常用的的现场设备的功能库；第三类称为特殊设备命令，以便于工作在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。HART采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。但由于这种模拟数字混合信号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆要求，并可组成由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。2、基金会现场总线，即FoudationFieldbus,简称FF。它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为 3125Kbps,通信距离可达 1900m (可加中继器延长),可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为 1Mbps和 2.5Mbps两种，其通信距离为750m和500m。物理传输介质可支持比绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC1158-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码，每位发送数据的中心位置或是正跳变，或是负跳变。正跳变代表0，负跳变代表1，从而使串行数据位流中具有足够的定位信息，以保持发送双方的时间同步。接收方既可根据跳变的极性来判断数据的“1”、“0”状态，也可根据数据的中心位置精确定位。HART通用命令一览日期：2008-08-26 来源：松茂电子 作者：陈 字体：大 中 小HART命令0：读标识码返回扩展的设备类型代码，版本和设备标识码。请求：无响应：字节0： 254字节1： 制造商ID字节2： 制造商设备类型字节3： 请求的前导符数字节4： 通用命令文档版本号字节5： 变送器规范版本号字节6： 设备软件版本号字节7： 设备硬件版本号字节8： 设备标志字节9-11： 设备ID号HART命令1：读主变量（PV）以浮点类型返回主变量的值。请求：无响应：字节0： 主变量单位代码字节1-4： 主变量HART命令2：读主变量电流值和百分比读主变量电流和百分比，主变量电流总是匹配设备的AO输出电流。百分比没有限制在0-100%之间，如果超过了主变量的范围，会跟踪到传感器的上下限。请求：无响应：字节0-3： 主变量电流，单位毫安字节4-7： 主变量量程百分比HART命令3：读动态变量和主变量电流读主变量电流和4个（最多）预先定义的动态变量，主变量电流总是匹配设备的AO输出电流。每种设备类型都定义的第二、第三和第四变量，如第二变量是传感器温度等。请求：无响应：字节0-3： 主变量电流，单位毫安字节4： 主变量单位代码字节5-8： 主变量字节9： 第二变量单位代码字节10-13：第二变量字节14： 第三变量单位代码字节15-18：第三变量字节19： 第四变量单位代码字节20-23：第四变量HART命令4：保留HART命令5：保留HART命令6：写POLLING地址这是数据链路层管理命令。这个命令写Polling地址到设备，该地址用于控制主变量AO输出和提供设备标识。只有当设备的Polling地址被设成0时，设备的主变量AO才能输出，如果地址是115则AO处于不活动状态也不响应应用过程，此时AO被设成最小；并设置传输状态第三位主变量模拟输出固定；上限/下限报警无效。如果Polling地址被改回0，则主变量AO重新处于活动状态，也能够响应应用过程。请求：字节0： 设备的Polling地址响应：字节0： 设备的Polling地址HART命令7：HART命令8：HART命令9：HART命令10：HART命令11：用设备的Tag读设备的标识这是一个数据链路层管理命令。这个命令返回符合该Tag的设备的扩展类型代码、版本和设备标识码。当收到设备的扩展地址或广播地址时执行该命令。响应消息中的扩展地址和请求的相同。请求：字节0-5： 设备的Tag，ASCII码响应：字节0： 254字节1： 制造商ID代码字节2： 制造商设备类型代码字节3： 请求的前导符数字节4： 通用命令文档版本号字节5： 变送器版本号字节6： 本设备的软件版本号字节7： 本设备的硬件版本号字节8： 设备的Flags字节9-11： 设备的标识号HART命令12：读消息（Message）读设备含有的消息。请求：无响应：字节0-23： 设备消息，ASCIIHART命名13：读标签Tag，描述符Description和日期Date读设备的Tag，Description and Date。请求：无响应：字节0-5： 标签Tag，ASCII字节6-17： 描述符，ASCII字节18-20：日期，分别是日、月、年-1900HART命令14：读主变量传感器信息读主变量传感器序列号、传感器极限/最小精度（Span）单位代码、主变量传感器上限、主变量传感器下限和传感器最小精度。传感器极限/最小精度（Span）单位和主变量的单位相同。请求：无响应：字节0-2： 主变量传感器序列号字节3： 主变量传感器上下限和最小精度单位代码字节4-7： 主变量传感器上限字节8-11： 主变量传感器下限字节12-15：主变量最小精度HART命令15：读主变量输出信息读主变量报警选择代码、主变量传递（Transfer）功能代码、主变量量程单位代码、主变量上限值、主变量下限值、主变量阻尼值、写保护代码和主发行商代码。请求：无响应：字节0： 主变量报警选择代码字节1： 主变量传递Transfer功能代码字节2： 主变量上下量程值单位代码字节3-6： 主变量上限值字节7-10： 主变量下限值字节11-14：主变量阻尼值，单位秒字节15： 写保护代码字节16： 商标发行商代码Private Label Distributor CodeHART命令16：读最终装配号读设备的最终装配号。请求：无响应：字节0-2： 最终装配号HART命令17：写消息写消息到设备。请求：字节0-23： 设备消息，ASCII响应：字节0-23： 设备消息，ASCIIHART命令18：写标签、描述符和日期写标签、描述符和日期到设备。请求：字节0-5： 标签Tag，ASCII字节6-17： 描述符Descriptor，ASCII字节18-20：日期响应：字节0-5： 标签Tag，ASCII字节6-17： 描述符Descriptor，ASCII字节18-20：日期HART命令19：写最后装配号写最后装配号到设备。请求：字节0-2： 最终装配号响应：HART和现场总线技术都可以实现对现场设备的状态、参数等进行远程访问。同时，两种技术都支持在一条总线上连接多台设备的联网方式。HART和现场总线都采用设备描述，实现设备的互操作和综合运用。所以，它们之间有一定的相似之处。它们之间的不同有以下四点：1）现场总线采用真正的全数字通信，而HART是以FSK方式叠加在原有的420mA模拟信号上的，因此可以直接联入现有的DCS系统中而不需要重新组态；2）现场总线多采用多点连接，HART协议一般仅在做监测运用的时候才会采用多点连接方式；3）用现场总线组成的控制系统中，设备间可以直接进行通信，而不需要经过主机干预；4）现场总线设备相对HART设备而言，可以提供更多的诊断信息。所以现场总线设备适用于高速的网络控制系统中，而HART设备的优越性则体现在与现有模拟系统的兼容上。 1、HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。 HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，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的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。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大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。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，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。HART 规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、都执行的命令；第二类称为一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现，这类命令包括最常用的的现场设备的功能库；第三类称为特殊设备命令，以便于工作在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。 HART采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。但由于这种模拟数字混合信号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆要求，并可组成由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。 2、基金会现场总线，即FoudationFieldbus,简称FF。它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。 基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为 3125Kbps,通信距离可达 1900m (可加中继器延长),可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为 1Mbps和 2.5Mbps两种，其通信距离为750m和500m。物理传输介质可支持比绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC1158-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码，每位发送数据的中心位置或是正跳变，或是负跳变。正跳变代表0，负跳变代表1，从而使串行数据位流中具有足够的定位信息，以保持发送双方的时间同步。接收方既可根据跳变的极性来判断数据的“1”、“0”状态，也可根据数据的中心位置精确定位。0.引言 很多年以来,420信号一直成为现场仪表信号传输标准,在过程自动化设备之间信息通信受到了极大的限制,仅能得到与过程变量成正比的电流信号。1989年首先制订了高速可寻址远程传感器协议,引起了现场仪表通讯标准的技术革命,在工业过程中作为现场智能仪表数字通讯标准广为应用。 为满足工业过程对协议的日益需求,在1993年成立通讯基金会。基金会是一个独立的、非盈利机构,它的主要职责是制订、维护及升级协议标准,登记注册会员、提供对应用技术在全球范围内的技术支持和培训。目前,世界上已有60%的智能仪表采用了协议,主要的仪表供应厂商都提供支持协议的智能仪表,如、等仪表制造商。专家预测到2000年约有75%的智能仪表支持协议,开发符合协议的新类型仪表和制造厂商正持续快速增长。1.协议协议采用在420模拟信号上叠加音频数字信号进行双向数字通讯,而不影响传送给控制系统模拟信号的大小,保证了与现有模拟系统的兼容性。协议遵循制订的开放式系统互连参考模型,采用了模型的第一层、第二层和第七层,即物理层、数据链路层和应用层。1.1物理层 物理层规定了信号的传输方法、传输介质,信号传输是基于202通讯标准,采用(频移键控)方法,数字信号的传送波特率设定为1200/,数字信号“0”和“1”分别用1200和2200的正弦波表示,这些频率的正弦波叠加在模拟信号上一起传送。由于信号平均值为零,对模拟信号不会产生任何影响。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3000。1.2数据链路层数据链路层规定了帧的格式,实现建立、维护、终结链路通讯功能,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它干扰引起的数据通讯出错,实现通讯数据无差错传送。(1) 帧协议规定了数据通讯按帧的格式传送,帧由链路同步信息、寻址信息、用户数据以及校验和组成,帧又被分为请求帧、应答帧和阵发帧。请求帧和应答帧的主要差别在于应答帧包含了数据通讯状态和变送器的工作状态。链路同步码定界符地址命令号字节长度数据字节校验和链路同步码定界符地址命令号字节长度响应码数据字节校验和 请求帧/应答帧格式链路同步码:协议采用2到20个十六进制的“”字