在曾經(jīng)的講述中，我們了解了不少有關(guān)于hart協(xié)議的知識(shí)，我們知道，它在總線和一些特定的場(chǎng)合，有著重要的應(yīng)用。這里，我們主要參數(shù)一下hart協(xié)議的儀表應(yīng)用。在這里，我們著重講解了遠(yuǎn)程通信硬件的設(shè)計(jì)，希望能夠幫助大家拓展這方面的知識(shí)。
現(xiàn)場(chǎng)儀表hart協(xié)議遠(yuǎn)程通信硬件設(shè)計(jì)
某現(xiàn)場(chǎng)儀表的hart協(xié)議部分主要完成數(shù)字信號(hào)到模擬電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換,并實(shí)現(xiàn)對(duì)主要變量和測(cè)量?過(guò)程參數(shù)?設(shè)備組態(tài)?校準(zhǔn)及診斷信息的訪問(wèn)?hart通信部分主要由d/a轉(zhuǎn)換和bell202 modem及其附屬電路來(lái)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(duì)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(cè)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(guò)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?
d/a變換器采用ad421,它是美國(guó)adi公司推出的一種單片高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器,由環(huán)路供電,16位數(shù)字信號(hào)以串行方式輸入,可以將數(shù)字信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成4ma~20ma電流輸出?它提供了高精度?全集成?低功耗的解決方案,采用16引腳dip?tssop?soic封裝,可實(shí)現(xiàn)低成本的遠(yuǎn)程智能工業(yè)控制?ad421包括串行輸入16位 d/a（數(shù)字/電流 ）轉(zhuǎn)換,除自身用電外,還提供可選擇的（5v,3.3 v或 3 v）穩(wěn)壓輸出供變送器其他部分用電?
hart modem采用 smar公司的 ht2012,是符合bell202標(biāo)準(zhǔn)的半雙工調(diào)制解調(diào)器,實(shí)現(xiàn)hart協(xié)議規(guī)定的數(shù)字通信的編碼或譯碼?該芯片專為 hart儀器設(shè)計(jì),片內(nèi)集成了符合 bell202標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制器?解調(diào)器?時(shí)鐘及定時(shí)電路?檢測(cè)控制電路?性價(jià)比較高,16腳 dip和28腳plcc封裝,在+5v供電時(shí)工作電流80μa?ht2012與微控制器交換數(shù)字信號(hào),同ad421作模擬信號(hào)接口?它一方面與mcu的異步串行通信口進(jìn)行串行通信,一方面將輸入的不歸零的數(shù)字信號(hào)調(diào)制成fsk信號(hào),再經(jīng)ad421疊加在4ma~20ma的回路上輸出,或者將回路信號(hào)經(jīng)帶通濾波?放大整形后取出fsk信號(hào)解調(diào)為數(shù)字信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)hart通信?
對(duì)于hart modem所需要的輸入時(shí)鐘,采用7.3728mhz的晶振通過(guò)兩個(gè)計(jì)數(shù)器74ls161進(jìn)行兩次4分頻,得到16分頻的時(shí)鐘?
由于hart數(shù)字通信的要求,有0.5ma的正弦波電流信號(hào)疊加在4ma電流上,因此整個(gè)硬件電路必須保證在3.5ma以下還能正常工作,因此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)非常重要?
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(chǎng)儀表軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?
在hart通信過(guò)程中,主機(jī)（上位機(jī)）發(fā)送命令幀,現(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)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(duì)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(kāi)中斷等?
在初始化完成之后通訊部分就一直處在準(zhǔn)備接收狀態(tài)下,一旦上位機(jī)有命令發(fā)來(lái),ht2012的載波檢測(cè)口ocd變?yōu)榈碗娖?觸發(fā)中斷,啟動(dòng)接收,程序就進(jìn)入接收部分?然后完成主機(jī)命令的解釋并根據(jù)命令去執(zhí)行相應(yīng)的操作,zui后按一定的格式生成應(yīng)答幀并送入通信緩沖區(qū),啟動(dòng)發(fā)送,完成后關(guān)閉sci?
在發(fā)送應(yīng)答幀之后,再次進(jìn)入等待狀態(tài),等待下一條主機(jī)命令?
總結(jié)
實(shí)踐證明,上述方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?工作可靠的特點(diǎn),*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),使得它成為應(yīng)用zui廣的現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi),hart協(xié)議產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)仍然具有十分廣闊的市場(chǎng)?