基于HART协议的智能透明数据转换器

概述

工控机、PC机目前无直接接入总线的接口，本串行口智能适配器是面向工业过程控制行业，工作在应用层，应用于标准RS-232与符合HART协议总线接口有关设备间全透明数据传输转换的设备，具有实时数据转换、精确度高、抗干扰能力强、低工耗特点，能实现用户自编程序的自动控制功能。

HART协议适配器要完成的工作是把传送过来的HART信号通过适配器直接转换为串口信号输出。适配器的转换是基于Bell202国际标准，完全适用于标准HART协议传输，采用全透明数据转换而不改变任何数据量，确保了数据的准确性、可靠性。

机壳采用工程塑料，重量轻，结构合理、DIN装卸或面板安装，适应在各种恶劣工业环境下工作。

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bsp; 基于HART协议智能适配器使用介绍

HART协议适配器的连接非常简单，只需连接好HART仪表、串口、电源就可以了。

以下分别介绍有关适配器外部接口及有关的连接方法。

LED指示灯包括POWER、TXD、RXD。通过这些指示灯可以监控和发现适配器的工作状态。

①POWER指示灯：外接电源（见第⑤项）后，红色指示灯常亮，如果不亮，检查电源。
②RXD指示灯：通过串口接收数据时，该指示灯闪烁。
③RS-232：HART协议适配器串口采用标准串口通讯协议(三线制DB9插头的2、3、5)，适配器可以通过它直接与上位机连接，实现数据实时、全透明通讯。
④TXD指示灯：通过串口发送数据时，该指示灯闪烁。
⑤对于二线制、工作电源DC+24V仪表，与仪表、电源的连接，端子如上图所示四根线，适配器外加DC+24V工作电源，此时仪表不得再加工作电源；若仪表本身已接有工作电源，此时HART转RS-232转换器+24V接线端子悬空，不接任何电源，但GND接线端子需要与所连接的HART现场仪表的GND共线连接，从端子上看，此时接线有三根线。

基于HART适配器网络介绍

适配器与HART仪表之间的连接均为串行联接，每个HART仪表只能有一条途径与适配器相连（网络中不能有环路）。

HART仪表可以放在网络中的任何位置，在网络工作时，HART仪表可以移走或更换，在连接或者断开时，可能会出现通讯的短暂中断。在网络工作时必须避免通讯电缆间的两根导线的短路。

分离的HART网络可以共用多对电缆，如果多对电缆中有一对用作HART网络，那么电缆中的其它对电缆线必须处于下列状态：

1.未用
2.用作其他的HART网络
3.用作4~20mA的电流环，且电流的变化要遵守等效的HART仪表的限制

网络拓扑电缆长度要求

采用单对屏蔽双绞线电缆传输介质时，网络中的电缆长度最大不要超过3000m。

采用多台设备互连时，网络中屏蔽双绞线电缆长度最大不要超过1500m。

HART协议简介

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4~20mA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。这里只作简单的介绍，协议的具体内容请参阅相关的资料。

物理层

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4～20mA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”。

数据链路层

HART基于主/从协议原理，这意味着只有在主站呼叫时，现场设备才传送信息。在一个HART网络中，两个主站(主和副)可以与一个从设备通讯。副主站，如手持终端

，几乎可以连接在网络任何地方，不影响主站通讯的情况下与任何一个现场设备通讯。典型的主站可以是DCS、PLC和基于计算机的控制或监测系统。

数据链路层规定HART协议帧的格式，可寻址范围0～15，“0”时，处于4～20mA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4～20mA模拟信号同时有效。

“1～15”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。按问答方式工作时的数据更新速率为2～3次／s，按突发方式工作时的数据更新速率为3～4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。