基于HART協(xié)議的智能電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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HART，即Highway Addressable Remote Transducer，是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速公路的簡稱，最早由美國 Rosemount公司開發(fā)并得到八十多家著名儀表公司的支持,其特點(diǎn)是在不干擾4～20mA模擬信號(hào)的同時(shí)允許雙向數(shù)字通訊。
符合HART協(xié)議的智能電磁流量計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)各種流量的檢測和就地顯示，還可以通過上位計(jì)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定，改變流量計(jì)的零點(diǎn)、量程，以及完成自診斷等功能，在很大程度上方便了流量計(jì)的使用和維護(hù)，因而具有較強(qiáng)的市場競爭力。[1]本文討論基于HART協(xié)議智能電磁流量計(jì)具體實(shí)現(xiàn)的技術(shù)問題,一是要解決硬件電路的設(shè)計(jì)問題，二是要討論實(shí)現(xiàn)HART協(xié)議命令集編程及上位機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)。
2 HART協(xié)議簡介
HART協(xié)議遵循ISO制訂的OSI 開放式系統(tǒng)互連參考模型，采用了OSI 模型的第一層、第二層和第七層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。
2.1 物理層規(guī)范
HART 協(xié)議采用美國電話通訊系統(tǒng)Bell202頻移鍵控(FSK)標(biāo)準(zhǔn)，在4～20mA的模擬±0.5mA的正弦波，波特率是 1200bps。因?yàn)樗B加的正弦信號(hào)平均值為0，而且相位連續(xù)頻移鍵控技術(shù)要求在波特率為 1200Hz的數(shù)據(jù)位 1 和 0 的邊界的相位角是連續(xù)的，所以數(shù)字通訊信號(hào)不會(huì)影響4～20mA的模擬信號(hào)。
2.2 數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范[2][3]
這一部分協(xié)議規(guī)定了HART 幀的格式，實(shí)現(xiàn)建立、維護(hù)、數(shù)據(jù)鏈路通訊功能，HART協(xié)議根據(jù)冗余檢錯(cuò)碼信息，通過差錯(cuò)檢測機(jī)制和采用自動(dòng)重發(fā)請求協(xié)議（ARQ），實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)無差錯(cuò)傳送。
與協(xié)議相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸是以幀的形式實(shí)現(xiàn)的。幀是用戶控制和尋址信息對用戶數(shù)據(jù)的封裝，只有幀中的字節(jié)記數(shù)結(jié)束且經(jīng)過了差錯(cuò)檢驗(yàn)接收正確無誤或是物理層通知信號(hào)傳輸終止（如檢測不到載波）之后才可以進(jìn)行幀的識(shí)別。HART 幀的格式如圖1所示。
PREAMBLE 前導(dǎo)信號(hào)。
DELIM 定界符：一個(gè)獨(dú)特的或是最容易識(shí)別的字符。
ADDR地址字節(jié)：包含了源地址和目的地址,最高位都用來表示與該幀相關(guān)的主設(shè)備的地址。
COM 命令字節(jié)：表示現(xiàn)場儀表所要執(zhí)行的功能。
BYTE CORNT數(shù)據(jù)總長度：該值表示的是BYTE CORNT下一個(gè)字節(jié)到最后(不包括校驗(yàn)字節(jié)) 的字節(jié)數(shù)。
DATA 數(shù)據(jù)字節(jié)。
CHK 奇偶校驗(yàn)：縱向奇偶校驗(yàn)。
在數(shù)據(jù)鏈路層中的HART協(xié)議是一種“主/從”協(xié)議。在從設(shè)備的應(yīng)答消息中除了已被接收的確認(rèn)命令，許多消息中還包含了主設(shè)備詢問的數(shù)據(jù)。HART協(xié)議允許系統(tǒng)中同時(shí)有兩個(gè)主設(shè)備運(yùn)行，一個(gè)基本主設(shè)備，一個(gè)副主設(shè)備。從設(shè)備根據(jù)兩個(gè)主設(shè)備不同的地址來向它們分發(fā)各自的應(yīng)答命令消息。
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