通過先前的一些內容，我們知道HART協議的相關知識，也知道它在總線方面有著重要的作用。那么今天我們來對它的一類應用進行一下解析。那么主要講解一下在通信芯片方面HART協議的使用。HART(Highway Addressable Remote Transducer)協議即可尋址遠程傳感器高速通道開放通信協議,是美國Rosemen公司于1985年推出的一種用于現場智能儀表和控制室設備之間的通信協議｡

HART協議采用半雙工通訊,參考ISO/OSI開放系統互聯模型,采用了它的簡化三層模型結構,即第一層物理層､第二層數據鏈路層和第七層應用層｡

第一層:物理層｡規定了信號的傳輸方法､傳輸介質,為了實現模擬通信和數字通信同時進行而又互不干擾,HART協議采用頻移鍵控技術FSK,即在4~20mA模擬信號上疊加一個頻率信號,頻率信號采用Be11202國際標準,數字信號的傳送波特率設定為1200bps,1200Hz代表邏輯“1",2200Hz代表邏輯“0",信號幅值0.5mA｡由于FSK信號的平均值為0,所以不影響傳送給控制系統的模擬信號的大小,保證了與現有模擬系統的兼容性｡

第二層:數據鏈路層｡規定了HART幀的格式,實現建立､維護､終結鏈路通訊功能｡HART協議根據冗余檢錯碼信息,采用自動重復請求發送機制,消除由于線路噪音或其他干擾引起的數據通訊出錯,實現通訊數據無差錯傳送｡第七層:應用層｡為HART命令集,用于實現HART指令｡命令分為三類,即通用命令､普通命令和專用命令｡ 
 
智能變送器的硬件設計 
 
智能現場儀表要求使用4~20mA傳統傳送測量結果,使用HART協議數字通信的方式和控制設備交換儀表設置參數､中間測量數據､校準參數等信息｡所以HART協議通信模塊需要完成測量結果的數字碼到4~20mA模擬信號的DA轉換,以及上述諸多其他信息的HART協議數字通信｡
 
傳感器通過震蕩電路,將金屬電容傳感器的電容變化信號,轉化為與壓力有關的電信號,該信號通過放大,調理后送入模數轉換器｡本設計得模數轉換芯片采用的式AD7799｡它是AD公司的一款新型､高精度､寬動態范圍､24位AD轉化器｡該芯片具有自動校準､系統校準和背景校準功能,可以消除零點誤差､滿量程誤差及溫度漂移的影響｡

本設計采用AD公司推出的16位數字模擬變換器AD421,由環路Loop+和Loop-供電,可以將數字信號直接轉換成4~20mA電流輸出｡采用兩線路供電,片內有電壓調整器,除了能提供自身的用電外,就能給系統其它部分提供5V､3.3V或3V的電壓｡同時還能提供精準的+1.25V和+2.5V的參考電壓｡本設計中AD421通過LATCH､CLOCK和DATA與MCU進行串口通信｡

本設計中用的調制解調器是HT20C15,采用相位連續的FSK半雙工工作方式,數據率為1200bps｡片內集成了符合BELL202標準的調制器､解調器､定時電路､檢測控制電路｡
 
HT20C15與MCU交換數字信號,同時作為AD421的模擬信號接口｡當HT20C15接收時,從4~20mA環路上接收信號,經過帶通濾波､放大整形后提取出FSK信號并解調為數字信號,將1200Hz的信號解調為“1",將2200Hz的信號解調為“0",傳送給MCU;發送時,從MCU接收數據,進行調制和波形整形后耦合到AD421內部,將“1"調制為1200Hz,將“0"調制為2200Hz,通過AD421疊加到環路上｡HT20C15和MCU通過后者的通用串行通信接口連接,從而實現HART通信｡ 
 
智能變送器的軟件設計

在HART通信過程中,主機發送命令幀,現場儀表通過串行終端接收到命令幀后由MCU作出相應的數據處理,產生應答幀,由MCU觸發發送中斷,發出應答,從而完成一次命令交換｡

在系統上電或者看門狗復位后,主程序要對通信部分進行初始化,主要完成時鐘選擇､波特率設定､串口工作方式設定､開中斷等｡

完成初始化之后,通信部分一直處于準備接受狀態下,上位機一有命令發來,HT20C15的引腳OCD變為低電平,觸發中斷,MCU通過串行口啟動接收,程序進入接受過程,接收完成后,MCU讀主機命令進行解釋后,執行相應的操作,最后生成應答幀送入發送緩沖區,引腳INRTS置低,啟動發送｡發送完應答幀之后,在此等待主機命令,等待下一次中斷的到來｡ 
 
結論 
 
基于HART協議的智能產品性能優良,兼容性好,性價比高｡HART技術在國外已經很成熟,發展至今,已經成為智能控制領域實際的工業標準｡在今后很長的一段時間內,HART協議產品將在國內外仍然具有十分廣闊得市場｡