基于HART協(xié)議的智能透明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

工控機、PC機目前無直接接入總線的接口，本串行口智能適配器是面向工業(yè)過程控制行業(yè)，工作在應用層，應用于標準RS-232與符合HART協(xié)議總線接口有關設備間全透明數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換的設備，具有實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、精確度高、抗干擾能力強、低工耗特點，能實現(xiàn)用戶自編程序的自動控制功能。

HART協(xié)議適配器要完成的工作是把傳送過來的HART信號通過適配器直接轉(zhuǎn)換為串口信號輸出。適配器的轉(zhuǎn)換是基于Bell202國際標準，完全適用于標準HART協(xié)議傳輸，采用全透明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而不改變?nèi)魏螖?shù)據(jù)量，確保了數(shù)據(jù)的準確性、可靠性。

機殼采用工程塑料，重量輕，結(jié)構合理、DIN裝卸或面板安裝，適應在各種惡劣工業(yè)環(huán)境下工作。

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HART協(xié)議適配器的連接非常簡單，只需連接好HART儀表、串口、電源就可以了。

以下分別介紹有關適配器外部接口及有關的連接方法。

LED指示燈包括POWER、TXD、RXD。通過這些指示燈可以監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)適配器的工作狀態(tài)。

①POWER指示燈：外接電源（見第⑤項）后，紅色指示燈常亮，如果不亮，檢查電源。
②RXD指示燈：通過串口接收數(shù)據(jù)時，該指示燈閃爍。
③RS-232：HART協(xié)議適配器串口采用標準串口通訊協(xié)議(三線制DB9插頭的2、3、5)，適配器可以通過它直接與上位機連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時、全透明通訊。
④TXD指示燈：通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)時，該指示燈閃爍。
⑤對于二線制、工作電源DC+24V儀表，與儀表、電源的連接，端子如上圖所示四根線，適配器外加DC+24V工作電源，此時儀表不得再加工作電源；若儀表本身已接有工作電源，此時HART轉(zhuǎn)RS-232轉(zhuǎn)換器+24V接線端子懸空，不接任何電源，但GND接線端子需要與所連接的HART現(xiàn)場儀表的GND共線連接，從端子上看，此時接線有三根線。

基于HART適配器網(wǎng)絡介紹

適配器與HART儀表之間的連接均為串行聯(lián)接，每個HART儀表只能有一條途徑與適配器相連（網(wǎng)絡中不能有環(huán)路）。

HART儀表可以放在網(wǎng)絡中的任何位置，在網(wǎng)絡工作時，HART儀表可以移走或更換，在連接或者斷開時，可能會出現(xiàn)通訊的短暫中斷。在網(wǎng)絡工作時必須避免通訊電纜間的兩根導線的短路。

分離的HART網(wǎng)絡可以共用多對電纜，如果多對電纜中有一對用作HART網(wǎng)絡，那么電纜中的其它對電纜線必須處于下列狀態(tài)：

1.未用
2.用作其他的HART網(wǎng)絡
3.用作4~20mA的電流環(huán)，且電流的變化要遵守等效的HART儀表的限制

網(wǎng)絡拓撲電纜長度要求

采用單對屏蔽雙絞線電纜傳輸介質(zhì)時，網(wǎng)絡中的電纜長度最大不要超過3000m。

采用多臺設備互連時，網(wǎng)絡中屏蔽雙絞線電纜長度最大不要超過1500m。

HART協(xié)議簡介

HART協(xié)議最初是由美國Rosemount公司開發(fā)，已應用了多年。HART協(xié)議使用FSK技術，在4~20mA信號過程量上疊加一個頻率信號，成功地把模擬信號和數(shù)字信號雙向同時通訊，而不互相干擾。HART協(xié)議參照了國際標準化組織的開放性互連模型，使用OSI標準的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層。這里只作簡單的介紹，協(xié)議的具體內(nèi)容請參閱相關的資料。

物理層

物理層規(guī)定了信號的傳輸方法、傳輸介質(zhì)。采用Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4～20mA模擬信號上疊 加一個頻率數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通信。數(shù)字信號的幅度為±0 . 5 m A ，數(shù)據(jù)傳輸率為1200bps，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”。

數(shù)據(jù)鏈路層

HART基于主/從協(xié)議原理，這意味著只有在主站呼叫時，現(xiàn)場設備才傳送信息。在一個HART網(wǎng)絡中，兩個主站(主和副)可以與一個從設備通訊。副主站，如手持終端

數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定HART協(xié)議幀的格式，可尋址范圍0～15，“0”時，處于4～20mA及數(shù)字信號點對點模式，現(xiàn)場儀表與兩個數(shù)字通信主設備（也稱作通信設備或主設備）之間采用特定的串行通信，主設備包括PC機或控制室系統(tǒng)和手持通信器。單站操作中，主變量（過程變量）可以以模擬形式輸出，也可以以數(shù)字通信方式讀出，以數(shù)字方式讀出時，輪詢地址始終為0。也就是說，單站模式時數(shù)字信號和4～20mA模擬信號同時有效。

“1～15”處于全數(shù)字通信狀態(tài)，工作在點對多點模式，通信模式有“問答”式、“突發(fā)”式。按問答方式工作時的數(shù)據(jù)更新速率為2～3次／s，按突發(fā)方式工作時的數(shù)據(jù)更新速率為3～4次／s。在本質(zhì)安全要求下，只使用一個電源，至多能連接15臺現(xiàn)場儀表，每個現(xiàn)場設備可有256個變量，每個信息最大可包含4個變量。這就是所謂的多點（多站）操作模式。這種工作方式尤其適用于遠程監(jiān)控，如管道系統(tǒng)和油罐儲存場地。