基于软件设计的HART协议物理层规范

以HART协议为基础的一系列的设计标准，以及软件平台和设计我们在下面的一个设备应用中进行一下介绍。那么我们这篇文章主要参考的对象则是依据一款软件设计进行讲解的。下面我们来对此进行一下简单的介绍。遵照一套标准的协议来开发一套系统，其最大的好处是不论硬件设备提供商还是软件开发人员，都可以独立地按照标准的规范进行设计，分别提供标准的接口，从而大大提高工作效率，在最后的软件和硬件的联合调试中会带来最大的方便。由于HART协议是本数据平台软件和整个控制系统软件设计的理论依据，只有充分理解和消化了HART协议各层规范后，才可以根据具体规范对协议的各层进行软件实现，从而达到上位机软件与基于HART协议的现场仪表之间进行通信，以完成数据交换的目的。目前，国内对HART协议进行系统的翻译，总结和消化的文献还不多见，因此在本章，郑州波特电子有限公司将根据在研究工作中对HART协议的消化和理解，简要地对在软件设计中涉及到的HART协议规范进行总结。

1. HART协议概述:

HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议，是一项4-20mA信号与数字通信技术兼容的过渡性标准，现已有Rosemount ,Smar,ABB ,Fuji , Moore, E+H, Honeywell, Fisher Controls, Arcom Control Systems Ltd. 等70多家公司参加了HART协议基金HCF。由于HART协议众多不容置疑的优点，使它成为全球应用最为广泛的现场通信协议，1994年，HART变送器占世界智能变送器市场的76%，已成为事实上的工业标准。据业内人士估计，HART协议在国际上的使用寿命为15-20年，国内由于客观条件所限，这个时间还会更长些，因此，在今后很长一段时间内，HART产品仍有十分广泛的市场。

HART 协议保留了4-20mA过程控制信号的工业标准，允许在同一个环路上同时存在模拟信号和数字通信信号而不相互影响。这一点是通过采用Bell202的通信标准实现的，Bell202采用频移键控FSK（Frequency Shift Keying ）技术。HART协议的通信是在4-20mA的电流上施加一频率信号而实现的。有两个信号频率，一个是1200HZ，代表逻辑“1”，另一个是2200HZ，代表逻辑“0”，信号的幅值是0.5mA。

在整个通讯过程中，既有模拟信号（4-20mA），也有数字信号（1200HZ和2200HZ），由于在一个信号周期中，通信信号的平均值为0，从而不对4-20mA的模拟信号产生影响，这是HART协议最重要的特点之一。

HART协议参考了国际标准化组织（ISO）提出的OSI（Open Systems Interconnection）模型。该模型提供了通信系统所必须的结构和要素。而HART只使用了一个简化的OSI模型，仅用了其中的一，二，七层。

层号 层名 OSI层次HART层次

7 应用层 格式化数据HART命令

6 表示层 转换数据 无

5 会话层 控制会话 无

4 传输层 确保信息完整 无

3 网络层 路由传送 无

2 数据链路层 差错处理 协议规则

1 物理层 连接设备 BELL 202

HART协议与OSI参考模型的关系

HART协议包括物理层，数据链路层和应用层，及DLL语言这四部分。

2. HART协议物理层规范

物理层规定了信号的传输方法，信号电平，设备阻抗和介质。通常物理层使用双绞线作为介质，在双绞线上单独传输数字信号或者同时传输数字与模拟信号。有效通信距离为5000英尺（1500米）。HART数字信号的传输是模拟信号传输的简单扩展，在电流模式中，是在现有的低频率模拟电流（典型的是4-20 mA）上叠加一个高频率电流。在电压模式中，是在现有的直流电压信号（典型的是1-5VDC）上叠加HART电压信号。这两种信号传输方式共享同样的硬件，而在频率上是分离的。