基于HART协议的通用型多通道智能变送器的设计与实现

2 系统软件设计

HART通用型智能变送器的软件按其功能分为四个部分:监测程序、测控程序、HART通信程序和辅助程序。监测程序是整个系统软件的中心环节，又称为主程序。它接收和分析各种命令，管理和协调全部程序的执行，其包括系统初始化、系统自检等部分；测控程序主要包括数据采集、数据处理、输出控制和自我诊断等部分。其中数据采集通过采样中断子程序实现，数据处理、输出控制和自我诊断等部分则在主程序中调用。HART通信程序也就是HART协议数据链路层和应用层的软件实现，是整个智能变送器软件设计的关键，仪表的可互操作性也在这里得到体现。数据链路层软件主要是串行口接收/发送中断子程序，属于中断处理(服务)程序；应用层的软件是对收到的命令帧进行翻译和处理，在主程序中被调用。

2.1 HART通信程序的设计

HART通信程序是HART协议数据链路层和应用层的软件实现,采用串口中断实现通信的接收和发送服务，符合HART协议的通信工作都在此程序中完成,如图7所示。

进入串口中断服务程序后，要先判断是发送请求还是接收请求。若发送请求标志为l则转向发送服务程序，若接收请求标志为l则转向接收服务程序。HART应用层的软件对收到的命令帧进行翻译和处理，如：字节流和浮点数、整数、字符串之间的相互转换，然后根据各自的命令号进行相应的命令处理，如：改量程、改单位、改阻尼时间等，最后，把应答帧按照一定的格式放入发送缓冲区，由串行口中断发回。如果有通信错误或命令错误时，则发回报告错误的应答帧。发送服务程序是在程序运行过程中向上位机发送信息，要设置发送请求标志，将要发送的数据信息存入串口发送缓冲区， 并计算垂直校验， 在此要发送的数据信息的格式为： 前导码2 B，定界符1 B，地址码l或5 B，命令号1 B，字节长度1 B，响应码2个字节，数据0~25 B，校验和1 B。发送时，先要启动发送载波，初始化物理层，建立通信链路和另一对等通信实体通信，发送应答帧，发送结束后停止发送载波，初始化物理层，终止物理层链路通信。发送服务首先发送前导码，每发送一个前导码计数器就减1,然后发送HART协议的应答帧,发送结束后停止发送载波。

目前HART型智能仪表的市场占有量已经接近50%，但仍有约40%的仪表采用模拟量或非标准数字协议进行输出，这些仪表将逐步被HART协议或其他数字总线协议所替代。为使这些特种规格产品升级为HART型智能仪表,一般需要定制与之相配套的电子部件或HART转换模块。这些复合型多参数传感器，也是由普通的压力、差压、温度等传感器构成。为了实现将这些特殊规格的仪表或传感器升级为HART型智能变送器，需要设计通用型电子部件，提供多个测量通道，不仅能与市场上通用的传感器相配套，还能与复合型多参数传感器相配套。本文正是基于目前工业上的现实要求，设计出一种基于HART协议的多通道数据测量的智能变送器，以满足多参数测量。在电路设计上,为了减小硬件电路功耗,提出一种双层电源网路结构,满足电路设计要求。