一、HART協(xié)議簡介
HART（Highway Addressable Remote Transducer），可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國Rosemen公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設備之間的通信協(xié)議。
HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應時間的通信，經(jīng)過10多年的發(fā)展，HART技術在國外已經(jīng)十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業(yè)標準。HART協(xié)議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的 4mA～20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。
在HART協(xié)議通信中，主要的變量和控制信息由4mA～20mA傳送，在需要的情況下，另外的測量、過程參數(shù)、設備組態(tài)、校準、診斷信息通過HART協(xié)議訪問。
HART通信采用的是半雙工的通信方式。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 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定為 1200bps，1200Hz代表邏輯“0”，2200Hz代表邏輯“1”，信號幅值0.5A，如圖1所示。
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。線路總阻抗應在230Ω～1100Ω。
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)。
第三層：應用層。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)議遠程通信硬件設計
某現(xiàn)場儀表的HART協(xié)議部分主要完成數(shù)字信號到模擬電流信號的轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)對主要變量和測量、過程參數(shù)、設備組態(tài)、校準及診斷信息的訪問。圖2是HART協(xié)議通信模塊結(jié)構(gòu)設計框圖。
