HART（Highway Addressable Remote Transducer），可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國(guó)Rosement公司推出的一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。 HART裝置提供具有相對(duì)低的帶寬，適度響應(yīng)時(shí)間的通信，經(jīng)過多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)十分成熟，并已成為智能儀表的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

    HART協(xié)議采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4～20mA模擬信號(hào)上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號(hào)的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號(hào)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4～20mA傳送，在需要的情況下的測(cè)量、過程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)、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，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中過渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過渡時(shí)期具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，得到了較快發(fā)展。HART 規(guī)定了一系列命令，按命令方式工作。它有三類命令，*類稱為通用命令，這是所有設(shè)備都理解、都執(zhí)行的命令；第二類稱為一般行為命令，所提供的功能可以在許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（盡管不是全部）中實(shí)現(xiàn)，這類命令包括zui常用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能庫(kù)；第三類稱為特殊設(shè)備命令，以便于工作在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能，這類命令既可以在基金會(huì)中開放使用，又可以為開發(fā)此命令的公司所*。在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中通?？砂l(fā)現(xiàn)同時(shí)存在這三類命令。

    HART采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語言DDL?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開發(fā)商采用這種標(biāo)準(zhǔn)語言來描述設(shè)備特性，由HART基金會(huì)負(fù)責(zé)登記管理這些設(shè)備描述并把它們編為設(shè)備描述字典，主設(shè)備運(yùn)用DDL技術(shù)來理解這些設(shè)備的特性參數(shù)而不必為這些設(shè)備開發(fā)接口。但由于這種模擬數(shù)字混合信號(hào)制，導(dǎo)致難以開發(fā)出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆要求，并可組成由手持編程器與管理系統(tǒng)主機(jī)作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。       HART通信協(xié)議綜述 1 概述     HART協(xié)議已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間了，它仍然是一種很好的選擇。HART是工廠自動(dòng)化領(lǐng)域中采用的一種通信協(xié)議。雖然每種協(xié)議都有其各自的優(yōu)點(diǎn)，但就綜合性能而言，HART是*的解決方案：它可獲取增值設(shè)備和數(shù)字方式的診斷信息，同時(shí)還可以與現(xiàn)有的4-20mA自動(dòng)化結(jié)構(gòu)體系相兼容。 2 HART是什么？     HART（“可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)公路”）通信協(xié)議，是為工業(yè)過程測(cè)量和控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)。我們將其稱為混合協(xié)議是因?yàn)樗鼘⒛M量和數(shù)字量通信相融合。它既支持4-20mA模擬信號(hào)的單變量通信，也可以將附加信息以數(shù)字信號(hào)的方式進(jìn)行通信。數(shù)字信息以低電平調(diào)制方式加載在標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流回路上。由于采用標(biāo)準(zhǔn)的可以從模擬信號(hào)中去除的過濾技術(shù)，數(shù)字信號(hào)并不會(huì)影響模擬量信號(hào)的讀數(shù)。能夠傳送上述疊加的數(shù)字信息是實(shí)現(xiàn)HART的重要功能的基礎(chǔ)。 3 HART協(xié)議信息結(jié)構(gòu)形式     HART協(xié)議由Rosemount公司開發(fā)且已向每個(gè)使用者開放HART協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的Bell 202頻移鍵控信號(hào)以1200波特通信以低電平加載于4mA~20mA模擬信號(hào)上由于載波信號(hào)的平均值為零所以它對(duì)模擬信號(hào)沒有影響使用兩種不同的頻率1200Hz和2200Hz分別代表二進(jìn)制的1和0每個(gè)信息包含源地址目的地址和一個(gè)用于檢測(cè)傳送信息正誤的校驗(yàn)和。                          附圖1 HART協(xié)議信息結(jié)構(gòu)形式     4 物理信號(hào)     連接回路：在連接一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置的回路中電源變送器和負(fù)載電阻可以任意順序連接且接地點(diǎn)亦可任意選擇手持終端或主站通訊電路不能直接跨接在電源兩端HART規(guī)范允許負(fù)載電阻為230~600有些HART裝置采用就地電源提供激勵(lì)以獲得4mA~20mA輸出和HART通信而不是采用上述二線制方案在多點(diǎn)運(yùn)行時(shí)可以電流回路和激勵(lì)電源共用一對(duì)線路也可以采用三線制由于三絞電纜不易得到所以這種混合系統(tǒng)必須由兩對(duì)雙絞線構(gòu)成并在負(fù)載電阻處連接在一起。     裝置特性：為使HART系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化以便在不必詳細(xì)了解系統(tǒng)內(nèi)各裝置的情況下就能方便的構(gòu)成系統(tǒng)必須限制各裝置的阻抗。     信號(hào)衰減與失真－65μs限制：任何網(wǎng)絡(luò)都含有電阻和電容從而將引起傳輸信號(hào)的衰減延遲或相移為確保負(fù)載電阻兩端的HART信號(hào)可靠的接收從現(xiàn)場(chǎng)來的信號(hào)衰減不能超過3db為確保上述條件得到滿足HART規(guī)范要求zui小截止頻率稍高于zui高HART信號(hào)頻率由電阻電容組合的RC時(shí)間常數(shù)值小于65μs。在簡(jiǎn)單的HART系統(tǒng)中電阻是負(fù)載電阻與電纜電阻之和電容是電纜電容與所聯(lián)裝置電容之和電纜超過幾米后其電阻和電容對(duì)RC時(shí)間常數(shù)的影響不能忽略。     電源：用于驅(qū)動(dòng)HART回路的電源應(yīng)滿足附表1 要求。                                                                附表1 用于HART回路的電源要求 5  信息編碼、信息結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換程序           HART協(xié)議的主從結(jié)構(gòu)意味著每個(gè)信息處理起源于主站而從站僅響應(yīng)接收到的命令信息HART協(xié)議允許在一個(gè)系統(tǒng)中有兩個(gè)主站通常1#主站為控制系統(tǒng)或其它主要設(shè)備而2#主站為手持式通信器或備用計(jì)算機(jī)。         轉(zhuǎn)換程序：主站負(fù)責(zé)控制信息的轉(zhuǎn)換如在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)命令無響應(yīng)主站將重發(fā)信息幾次重發(fā)后仍無響應(yīng)時(shí)主站則停止轉(zhuǎn)換處理一旦轉(zhuǎn)換處理結(jié)束在發(fā)送另一命令前主站將暫停一個(gè)短時(shí)間以便其它主站插入使兩個(gè)主站與從站輪流通信。       陣發(fā)模式（Burst）：為達(dá)到較高的數(shù)據(jù)速率一些現(xiàn)場(chǎng)裝置可選擇陣發(fā)模式傳送。    字符編碼：HART信息編碼時(shí)把一個(gè)字節(jié)變成一個(gè)串每字節(jié)加上一個(gè)起始位一個(gè)奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位HART協(xié)議信息結(jié)構(gòu)形式見附圖1。    長(zhǎng)短幀格式：早期的HART設(shè)備使用短幀格式在這種格式中從設(shè)備的地址為0~15HART第五版引入長(zhǎng)幀格式在這種格式中從站地址范圍很寬為一具有38bit的數(shù)新的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用長(zhǎng)幀格式老的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用短幀格式主站應(yīng)提供兩種方式以便處理現(xiàn)存現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與新設(shè)備。    準(zhǔn)備字符：準(zhǔn)備字段包括三個(gè)以上16進(jìn)制FF字符作用是使接收調(diào)制解調(diào)器的頻率檢測(cè)電路同步接收后續(xù)傳送的信號(hào)。    地址：地址字段包括主站地址和從站地址在短幀格式中他們包含在一個(gè)字節(jié)內(nèi)在長(zhǎng)幀格式中包含在5個(gè)字節(jié)中在任何格式中主站地址占據(jù)1bit1號(hào)主站如控制系統(tǒng)用地址12號(hào)主站如手操器用地址0陣發(fā)模式信息例外有效比特位交替設(shè)置成0和1 以使每個(gè)主站可中斷陣發(fā)模式在短幀格式中從站可登記地址范圍為0~15這個(gè)數(shù)字占據(jù)一個(gè)地址字節(jié)在長(zhǎng)幀格式中5個(gè)字節(jié)地址的剩余38位作為從設(shè)備*登記地址。    命令：命令字節(jié)包含一個(gè)整型數(shù)0~255代表一個(gè)HART命令。    字節(jié)數(shù)：字節(jié)數(shù)也包含一個(gè)整型數(shù)代表這條信息包含的字節(jié)數(shù)接收裝置據(jù)此確定校驗(yàn)和字節(jié)確定信息接收是否完整    狀態(tài)：狀態(tài)只包含在從站返回的應(yīng)答信息中它包含在兩字節(jié)的比特編碼信息中*字節(jié)指示通信錯(cuò)誤若通信無誤該字節(jié)只是被接收命令的狀態(tài)第二字節(jié)代表設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)正確操作從設(shè)備時(shí)兩字節(jié)均為零    據(jù)數(shù)：并非所有命令或應(yīng)大都由數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可多達(dá)24字節(jié)數(shù)據(jù)形式可為無符號(hào)整型數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)或ASCII字符串。 6  HART命令 HART命令分三組：通用命令：通用命令是所有現(xiàn)場(chǎng)裝置都配備的包括 1） 讀制造商碼和設(shè)備類型 2） 讀一次變量PV和單位 3） 讀當(dāng)前輸出和百分量程 4） 讀取多達(dá)4個(gè)預(yù)先定義的動(dòng)態(tài)變量 5） 讀或?qū)?字符標(biāo)簽16字符描述符日期 6） 讀或?qū)?2字符信息 7） 讀變送器量程單位阻尼時(shí)間常數(shù) 8） 讀傳感器編號(hào)和極限 9） 讀或?qū)憐ui終安裝數(shù) 10） 寫登錄地址   常用命令：常用命令提供的功能是大部分但不是全部現(xiàn)場(chǎng)裝置都配備的包括 1）讀4個(gè)動(dòng)態(tài)變量之一 2）寫阻尼時(shí)間常數(shù) 3）寫變送器量程 4）校準(zhǔn)置零置間隔 5）設(shè)置固定的輸出電流 6）執(zhí)行自檢 7）執(zhí)行主站復(fù)位 8）調(diào)整PV零點(diǎn) 9）寫PV單位 10）調(diào)整DAC零點(diǎn)于增益 11）寫變換函數(shù)平方根/線性 12）寫傳感器編號(hào) 13）讀或?qū)憚?dòng)態(tài)變量用途   命令：命令提供分別對(duì)特殊的現(xiàn)場(chǎng)裝置適用的功能包括 1）讀或?qū)懙土髁拷刂怪?2）起動(dòng)停止或取消累積器 3）讀或?qū)懨芏刃?zhǔn)系數(shù) 4）選擇一次變量 5）讀或?qū)懡Y(jié)構(gòu)材料信息 6）調(diào)整傳感器校準(zhǔn)值 7 雙向通信     采用模擬量信號(hào)只能單傳送信息，要么是從設(shè)備到主機(jī)（輸入），要么是從主機(jī)到設(shè)備（輸出）。而采用HART數(shù)字通信信號(hào)可以雙向傳送數(shù)字信息。這突破了以往傳統(tǒng)儀表只能從主機(jī)接收控制信號(hào)的方式—比如閥門控制，也可以向主機(jī)傳遞閥門中的信息狀態(tài)。同樣，以往只能把過程變量發(fā)送給主機(jī)的變送器現(xiàn)在也可以接收諸如組態(tài)設(shè)置之類的信息。 8 新類型信息     傳統(tǒng)的模擬量和離散量設(shè)備只能以單過程變量方式通信，因而很難找到一種簡(jiǎn)便的方式判定發(fā)送的信息是否有效。采用HART，您不但可以獲取過程變量，還可以獲得其他類型的信息。每個(gè)HART設(shè)備中包括35-40個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信息項(xiàng)。比如：設(shè)備狀態(tài)&診斷報(bào)警過程變量&單位回路電流&百分比范圍生產(chǎn)商&設(shè)備標(biāo)簽其他的信息還包括：主機(jī)以數(shù)字方式查詢HART設(shè)備，并告知您設(shè)備的設(shè)置是否正確，運(yùn)行是否正常。該功能可使您免除大多數(shù)的日常檢驗(yàn)工作，并有助于您在故障導(dǎo)致重大問題之前發(fā)現(xiàn)過程故障。 9 多變量?jī)x表     數(shù)字通信模式下，一對(duì)電纜可以處理多個(gè)變量。例如，一個(gè)變送器可以處理多個(gè)傳感器的輸入。對(duì)于不能使用HART數(shù)字量信息的主系統(tǒng)，來自多變量?jī)x表的信息通常由tri-loop*行處理，它將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成多組4-20mA信號(hào)，再由單獨(dú)的接線傳送給主機(jī)。 10 不受制于供應(yīng)商     采用HART時(shí)，您不會(huì)受制于某個(gè)特定的供應(yīng)商或地方“標(biāo)準(zhǔn)”。這是由于HART技術(shù)并不屬于某一家公司，也不受一個(gè)國(guó)家或標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體單位的控制。實(shí)際上，該技術(shù)由不受約束的非盈利性單位HART通信基金會(huì)管理。 11 多渠道供應(yīng)     就過程加工工業(yè)而言，HART是目前世界上zui廣泛采用的協(xié)議。您可以從不同供應(yīng)商那里獲取近600種采用HART技術(shù)的產(chǎn)品。產(chǎn)品種類的齊全意味著HART產(chǎn)品幾乎能夠滿足所有過程應(yīng)用場(chǎng)合的需要—并且您還可以從多個(gè)經(jīng)銷商產(chǎn)品中選擇的一款。 12 可互操作性     *可互操作性意味著無論是哪個(gè)供應(yīng)商的HART兼容產(chǎn)品和主系統(tǒng)都可以協(xié)同工作。為與HART設(shè)備實(shí)現(xiàn)兼容，一些主系統(tǒng)采用統(tǒng)一表示的指令。更進(jìn)一步的系統(tǒng)則采用設(shè)備描述以理解所有的HART信息。即使不能處理來自HART設(shè)備數(shù)字化信息的系統(tǒng)，也可以通過4-20mA模擬量信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制的可互操作性。