一、HART協議簡介

　　HART協議參考 ISO/OSI（開放系統互連模型），采用了它的簡化三層模型結構，即第一層物理層，第二層數據鏈路層和第七層應用層。

 　　第一層：物理層。規定了信號的傳輸方法、傳輸介質，為了實現模擬通信和數字通信同時進行而又互不干擾，HART協議采用頻移鍵控技術 FSK，即在4mA～20mA模擬信號上迭加一個頻率信號，頻率信號采用 Be11202國際標準，數字信號的傳送波特率設定為 1200bps，1200Hz代表邏輯“0”，2200Hz代表邏輯“1”，信號幅值0.5A。 　　通信介質的選擇視傳輸距離長短而定。通常采用雙絞同軸電纜作為傳輸介質時，最大傳輸距離可達到1500ｍ。線路總阻抗應在230Ω～1100Ω之間。

 　　第二層：數據鏈路層。規定了HART幀的格式，實現建立、維護、終結鏈路通訊功能。HART協議根據冗余檢錯碼信息，采用自動重復請求發送機制，消除由于線路噪音或其他干擾引起的數據通訊出錯，實現通訊數據無差錯傳送。 　　現場儀表要執行HART指令，操作數必須合乎指定的大小。每個獨立的字符包括1個起始位、8個數據位、1個奇偶校驗位和一個停止位。由于數據的有無和長短并不恒定，所以HART數據的長度也是不一樣的，最長的HART數據包含25個字節。

 　　第七層：應用層。為HART命令集，用于實現 HART指令。命令分為三類，即通用命令、普通命令和專用命令。

　　二、現場儀表HART協議遠程通信硬件設計

 　　HART通信部分主要由D/A轉換和Bell202 MODEM及其附屬電路來實現。其中，D/A變換作用是直接將數字信號轉換成4mA～20mA電流輸出，以輸出主要的變量。Bell202 MODEM及其附屬電路的作用是對疊加在4mA～20mA環路上的信號進行帶通濾波放大后，HART通信單元如果檢測到FSK頻移鍵控信號，則由Bell202 MODEM將1200Hz的信號解調為“1”，2200Hz信號解調為“0”的數字信號，通過串口通信交MCU，MCU接收命令幀，作相應的數據處理。然后，MCU產生要發回的應答幀，應答幀的數字信號由MODEM調制成相應的1200Hz和2200Hz的FSK頻移鍵控信號，波形整形后，經AD421疊加在環路上發出。

　　三、通信的軟件設計

 　　HART通信程序也即為HART協議數據鏈路層和應用層的軟件實現，是整個現場儀表軟件設計的關鍵。

　　在HART通信過程中，主機（上位機）發送命令幀，現場儀表通過串行口中斷接收到命令幀后，由MCU作相應的數據處理，產生應答幀，由MCU觸發發送中斷，發出應答幀，從而完成一次命令交換。

 　　首先在上電或者看門狗復位后，主程序要對通信部分進行初始化，主要包括波特率設定、串口工作方式設定、清通信緩沖區、開中斷等。

　　四、結語

 　　實踐證明，上述方法具有結構簡單、工作可靠的特點，完全符合HART協議，具有較好的通用性。 　　由于HART眾多不容置疑的優點，使得它成為全球應用最廣的現場通信協議，已成為工業上實用的標準。因此在今后很長一段時期內，HART協議產品在國內仍然具有十分廣闊的市場。