CN103631182A - 一种hart通信硬件电路装置及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HART通信硬件电路装置及使用该装置进行HART的方法，其中电路装置包括微处理器、HART调制解调电路、HART通讯切换隔离电路和多路切换隔离电路，微处理器接收从硬件配置及设备管理软件发来的通道选择指令，并通过控制多路切换隔离电路来选择其中一路HART设备，实现主机与HART设备之间的点对点的设备参数设置等HART通信，使多路HART设备共享公用的HART调制解调电路，与传统的点对点通讯方式相比，降低了使用HART调制解调电路的成本，使本装置的成本降低；与传统的一对多的全数字通讯方式相比，本装置可以同时实现模拟通讯和数字通信，并且多路通道之间互不影响，干扰性小，故障率低。

Description

一种HART通信硬件电路装置及其通信方法

技术领域

本发明涉及HART通讯技术领域，尤其是涉及一种HART通信硬件电路装置及其通信方法。 

背景技术

HART是高速可寻址远程传感器总线的简称。HART协议是在4～20mA模拟信号上叠加了频移键控数字信号。因此，模拟通讯和数字通讯可以同时进行，且数字通信不会干扰模拟通讯，是一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。

HART 协议是从模拟仪表向现场总线系统转变过程中出现的过渡技术，在一定时期内具有一定的生命力。目前，HART协议产品已经广泛应用在自动化控制领域中。由于HART 通信协议在保留传统的4～20mA 电流信号的基础上，扩展了双向数字通信的能力，这种协议使得现有模拟仪表在无需要改进的情况下可逐步实现数字化，从而大大降低成本，提高竞争力。但是，目前HART设备在模拟通讯和数字通讯同时进行时，必须点对点通讯，为每个HART设备都配有一个HART通讯装置，这样成本高，利润低，很不经济；而现有的其它能实现一对多全数字通讯方式，因此通讯方式复杂，其多路通道之间干扰性大，故障率高。

发明内容

为了解决上述问题，实现多路HART点对点通信，并能降低成本，同时保证可靠性高、故障率低的优点，本发明采用的技术方案如下：

一种HART通信硬件电路装置，包括微处理器、HART调制解调电路、HART通讯切换隔离电路和多路切换隔离电路，其中：

所述微处理器用于发送通道选择指令和HART命令信息，并把接收到的HART设备响应信息返回给外部管理终端；

所述HART调制解调电路用于根据微处理器的方向控制信号，将从所述微处理器发送的数据进行调制或将从所述HART通讯切换隔离电路发送的数据进行解调；

所述HART通讯切换隔离电路用于将所述HART调制解调电路发来的数据传输给对应的HART设备以及将HART设备响应的数据返回给所述HART调制解调电路； 

所述多路切换隔离电路用于为HART调制解调电路与n路HART设备进行数据传输提供线路通道；

所述微处理器通过HART调制解调电路与HART通讯切换隔离电路连接，所述HART通讯切换隔离电路与多路切换隔离电路连接，所述多路切换隔离电路分别与n路HART设备信号输出端相连，所述HART调制解调电路、HART通讯切换隔离电路和多路切换隔离电路的控制信号输入端分别与微处理器的I/O端相连。

进一步的，所述n为16，所述多路切换隔离电路包括多路切换隔离电路一和多路切换隔离电路二，所述多路切换隔离电路一分别连接1~8路的HART设备信号输出端，多路切换隔离电路二分别连接9~16路的HART设备信号输出端，所述多路切换隔离电路一的控制信号输入端和多路切换隔离电路二的控制信号输入端分别连接微处理器的I/O端，所述多路切换隔离电路一和多路切换隔离电路二与HART通讯切换隔离电路相连。

进一步的，所述HART通信硬件电路装置还包括数据采集电路和通道开关，所述多路切换隔离电路分别通过通道开关与n路HART设备信号输出端相连，所述数据采集电路与微处理器连接，所述数据采集电路的数据输入端分别通过通道开关与n路HART设备信号输出端相连，所述数据采集电路的I/O端分别与通道开关的使能端连接。

进一步的，所述n为16，所述多路切换隔离电路包括多路切换隔离电路一和多路切换隔离电路二，所述多路切换隔离电路一分别通过通道开关连接1~8路的HART设备信号输出端，多路切换隔离电路二分别通过通道开关连接9~16路的HART设备信号输出端，所述多路切换隔离电路一的控制信号输入端和多路切换隔离电路二的控制信号输入端分别连接微处理器的I/O端，所述多路切换隔离电路一和多路切换隔离电路二与HART通讯切换隔离电路相连。

进一步的，所述数据采集电路包括16路数据采集电路、8路数据采集电路一和8路数据采集电路二，所述8路数据采集电路一分别通过通道开关连接1~8路的HART设备信号输出端，所述8路数据采集电路二分别通过通道开关连接9~16路的HART设备信号输出端，所述8路数据采集电路一和8路数据采集电路二分别通过16路数据采集电路与微处理器相连，所述8路数据采集电路一的I/O端分别与1~8路的通道开关使能端连接，所述8路数据采集电路二的I/O端分别与9~16路的通道开关使能端连接。

本发明的另一目的在于提供采用上述的HART通信硬件电路装置来实现HART通信的方法，包括如下步骤：

S1：微处理器向数据采集电路发送HART通讯的通道选择指令；

S2：数据采集电路结束当前通道采样并发送开关控制信号给相应的通道开关，返回通道切换完成信息给微处理器；

S3：微处理器向多路切换隔离电路发送通讯的通道选择控制信号，完成对应HART通讯通道的建立；

S4：微处理器向HART调制解调电路发送HART命令信息，信息经过调制后传输到HART通讯切换隔离电路，再经由多路切换隔离电路传输给选定的HART设备；

S5：HART设备发送响应信息，信息经HART调制解调电路解调后传输给微处理器；

S6：HART通讯完成，微处理器发送断开信号给多路切换隔离电路，发送HART通讯停止信息给数据采集电路；

S7：多路切换隔离电路断开当前通道连接，数据采集电路结束当前HART通讯并回到采样模式。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1、通过微处理器控制多路切换隔离电路来选择其中一路HART设备，实现主机与HART设备之间的点对点的设备参数设置等HART通信，使多路HART设备共享公用的HART调制解调电路，与传统的点对点通讯方式相比，降低了使用HART调制解调电路的成本，使本装置的成本降低。

2、故障率低。本装置的多路通道之间互不影响，干扰性小，与传统的一对多的全数字通讯方式相比，故障率低，同时可以实现模拟通讯和数字通讯。

3、本装置中使用HART通讯切换隔离电路和多路切换隔离电路，实现完全隔离的特点，可靠性高，同时多路通道之间互不影响，干扰性小。

4、本装置中通过微处理器控制通道开关和多路切换隔离电路来实现传统采样过程和HART通信过程之间的切换，提高了系统的通用性。

附图说明

图1为本发明一种HART通信硬件电路装置实施例一的原理示意图。

图2为本发明一种HART通信硬件电路装置实施例二的原理示意图。

图3为本发明一种HART通信硬件电路装置实施例三的原理示意图。

图4为本发明一种HART通信硬件电路装置实施例四的原理示意图。

图5为本发明HART通信的方法实施例的步骤示意图。 

具体实施方式

一种HART通信硬件电路装置，如图1所示，包括微处理器1、HART调制解调电路2、HART通讯切换隔离电路3和多路切换隔离电路4，所述微处理器1通过HART调制解调电路2与HART通讯切换隔离电路3连接，微处理器1的I/O端与HART调制解调电路2、HART通讯切换隔离电路3和多路切换隔离电路4的控制信号输入端连接，用于发送通道选择指令和HART命令信息，并把接收到的HART设备响应信息返回给外部管理终端。所述HART调制解调电路2用于根据收到的微处理器1的方向控制信号，将从所述微处理器1发送的数据进行调制或将从所述HART通讯切换隔离电路3发送的数据进行解调。所述HART通讯切换隔离电路3与多路切换隔离电路4连接，同时，所述多路切换隔离电路4分别与n路HART设备信号输出端相连，其中通道数n可以根据实际HART设备通讯的需要而实际设定。HART通讯切换隔离电路3用于将所述HART调制解调电路2发来的数据传输给对应的HART设备以及将HART设备响应的数据返回给所述HART调制解调电路2。所述多路切换隔离电路4用于为HART调制解调电路3与n路HART设备进行数据传输提供线路通道。

所述HART调制解调器及HART通信硬件电路装置的工作过程如下：

1、HART命令信息发送过程：

所述微处理器1接收从硬件配置及设备管理软件发来的通道选择指令和HART命令信息后，通过I/O端口向HART调制解调电路2和HART通讯切换隔离电路3发送控制信号，同时通过I/O端口向多路切换隔离电路4发送选择信号，之后微处理器1通过串口向HART调制解调电路2发送HART命令信息，信息经过HART调制解调电路2进行调制后传输到HART通讯切换隔离电路3，再经由多路切换隔离电路4传输给选定的HART设备。

2、HART响应信息传输过程：

选定的HART设备接收到HART命令信息后，将设备响应信息经过多路切换隔离电路4传输给HART通讯切换隔离电路3，再经由HART通讯切换隔离电路3传输给HART调制解调电路2，响应信息经过HART调制解调电路2解调后传输给微处理器1的串口端。微处理器1从串口缓冲区内读取信息，并将获得的响应信息进行解析与处理，并把HART设备响应的信息返回给硬件配置及设备管理软件。

图2为本发明一种HART通信硬件电路装置的另一实施例，其与图1中实施例的区别在于，通道数n为16，多路切换隔离电路4分为多路切换隔离电路一41和多路切换隔离电路二42，所述多路切换隔离电路一分别连接1~8路的HART设备信号输出端，多路切换隔离电路二分别连接9~16路的HART设备信号输出端，所述多路切换隔离电路一的控制信号输入端和多路切换隔离电路二的控制信号输入端分别连接微处理器的I/O端，所述多路切换隔离电路一和多路切换隔离电路二与HART通讯切换隔离电路相连。

所述微处理器1根据所选特定通道N的序号来选择多路切换隔离电路：若0≤N≤7，则所述微处理器发控制信号给多路切换隔离电路一41，使特定通道N的HART设备与微处理器1进行HART通讯；若8≤N≤15，则所述微处理器1发送控制信号给多路切换隔离电路二42，使特定通道N的HART设备与微处理器1进行HART通讯。HART设备与微处理器1的HART通讯完成以后，所述微处理器断开多路切换隔离电路一41或多路切换隔离电路42。

图3为本发明一种HART通信硬件电路装置的第三实施例，在图1实施例的基础上增加了数据采集电路5和设置于每个HART设备信号输出端的通道开关H1~Hn，所述多路切换隔离电路4分别通过通道开关H1~Hn与n路HART设备信号输出端相连，所述数据采集电路5与微处理器1连接，所述数据采集电路5的数据输入端分别通过通道开关H1~Hn与n路HART设备信号输出端相连，所述数据采集电路5的I/O端分别与通道开关H1~Hn的使能端连接。

在开始需要进行HART通讯时，微处理器1向数据采集电路5发送HART通讯的通道选择指令，数据采集电路5中断当前通道采样并发送开关控制信号给相应的HART设备信号输出端的通道开关使能端，并返回通道切换完成信息给微处理器1。然后微处理器1向多路切换隔离电路4发送通道选择控制信号，完成对应HART通讯通道的建立，开始进行HART通讯。

图4为本发明一种HART通信硬件电路装置的第四实施例，其在图2实施例的基础上增加了16路数据采集电路51、8路数据采集电路一52和8路数据采集电路二53，所述8路数据采集电路一52分别通过通道开关H1~H8连接1~8路的HART设备信号输出端，所述8路数据采集电路二53分别通过通道开关H9~H16连接9~16路的HART设备信号输出端，所述8路数据采集电路一52和8路数据采集电路二53分别通过16路数据采集电路51与微处理器1相连，所述8路数据采集电路一52的I/O端分别与1~8路的通道开关H1~H8的使能端连接，所述8路数据采集电路二的I/O端分别与9~16路的通道开关H9~H16的使能端连接。

在开始需要进行HART通讯时，微处理器1向16路数据采集电路51发送HART通讯的通道选择指令，16路数据采集电路51根据具体所需通讯的HART设备的通道数选择给8路数据采集电路一52或8路数据采集电路二53发送控制信号，使其中断当前通道采样并发送开关控制信号给相应的HART设备信号输出端的通道开关使能端，并返回通道切换完成信息给微处理器1。然后微处理器1向多路切换隔离电路4发送通道选择控制信号，完成对应HART通讯通道的建立，开始进行HART通讯。

图5为使用本发明的HART通信硬件电路装置实现HART通信的方法，具体包括如下步骤：

S1：微处理器向数据采集电路发送HART通讯的通道选择指令；

S2：数据采集电路结束当前通道采样并发送开关控制信号给相应的通道开关，返回通道切换完成信息给微处理器；

S3：微处理器向多路切换隔离电路发送通道选择控制信号，完成对应HART通讯通道的建立；

S4：微处理器向HART调制解调电路发送HART命令信息，信息经过调制后传输到HART通讯切换隔离电路，再经由多路切换隔离电路传输给选定的HART设备；

S5：HART设备发送响应信息，信息经HART调制解调电路解调后传输给微处理器；

S6：HART通讯完成，微处理器发送断开信号给多路切换隔离电路，发送HART通讯停止信息给数据采集电路；

S7：多路切换隔离电路断开当前通道连接，数据采集电路结束当前HART通讯并回到采样模式。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，任何不超过本发明实质精神范围的发明创造、修改，均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种HART通信硬件电路装置，其特征在于，包括微处理器、HART调制解调电路、HART通讯切换隔离电路和多路切换隔离电路，其中：

所述微处理器用于发送通道选择指令和HART命令信息，并把接收到的HART设备响应信息返回给外部管理终端；

所述HART调制解调电路用于根据微处理器的方向控制信号，将从所述微处理器发送的数据进行调制或将从所述HART通讯切换隔离电路发送的数据进行解调；

所述HART通讯切换隔离电路用于将所述HART调制解调电路发来的数据传输给对应的HART设备以及将HART设备响应的数据返回给所述HART调制解调电路； 

所述多路切换隔离电路用于为HART调制解调电路与n路HART设备进行数据传输提供线路通道；

所述微处理器通过HART调制解调电路与HART通讯切换隔离电路连接，所述HART通讯切换隔离电路与多路切换隔离电路连接，所述多路切换隔离电路分别与n路HART设备信号输出端相连，所述HART调制解调电路、HART通讯切换隔离电路和多路切换隔离电路的控制信号输入端分别与微处理器的I/O端相连。

2.根据权利要求1所述的HART通信硬件电路装置，其特征在于，n为16，所述多路切换隔离电路包括多路切换隔离电路一和多路切换隔离电路二，所述多路切换隔离电路一分别连接1~8路的HART设备信号输出端，多路切换隔离电路二分别连接9~16路的HART设备信号输出端，所述多路切换隔离电路一的控制信号输入端和多路切换隔离电路二的控制信号输入端分别连接微处理器的I/O端，所述多路切换隔离电路一和多路切换隔离电路二与HART通讯切换隔离电路相连。

3.根据权利要求1所述的HART通信硬件电路装置，其特征在于，还包括数据采集电路和通道开关，所述多路切换隔离电路分别通过通道开关与n路HART设备信号输出端相连，所述数据采集电路与微处理器连接，所述数据采集电路的数据输入端分别通过通道开关与n路HART设备信号输出端相连，所述数据采集电路的I/O端分别与通道开关的使能端连接。

4.根据权利要求3所述的HART通信硬件电路装置，其特征在于，n为16，所述多路切换隔离电路包括多路切换隔离电路一和多路切换隔离电路二，所述多路切换隔离电路一分别通过通道开关连接1~8路的HART设备信号输出端，多路切换隔离电路二分别通过通道开关连接9~16路的HART设备信号输出端，所述多路切换隔离电路一的控制信号输入端和多路切换隔离电路二的控制信号输入端分别连接微处理器的I/O端，所述多路切换隔离电路一和多路切换隔离电路二与HART通讯切换隔离电路相连。

5.根据权利要求4所述的HART通信硬件电路装置，其特征在于，所述数据采集电路包括16路数据采集电路、8路数据采集电路一和8路数据采集电路二，所述8路数据采集电路一分别通过通道开关连接1~8路的HART设备信号输出端，所述8路数据采集电路二分别通过通道开关连接9~16路的HART设备信号输出端，所述8路数据采集电路一和8路数据采集电路二分别通过16路数据采集电路与微处理器相连，所述8路数据采集电路一的I/O端分别与1~8路的通道开关使能端连接，所述8路数据采集电路二的I/O端分别与9~16路的通道开关使能端连接。

6.一种采用权利要求3-5中任一所述的电路装置来实现HART通信的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：微处理器向数据采集电路发送HART通讯的通道选择指令；

S2：数据采集电路结束当前通道采样并发送开关控制信号给相应的通道开关，返回通道切换完成信息给微处理器；

S3：微处理器向多路切换隔离电路发送通讯的通道选择控制信号，完成对应HART通讯通道的建立；

S4：微处理器向HART调制解调电路发送HART命令信息，信息经过调制后传输到HART通讯切换隔离电路，再经由多路切换隔离电路传输给选定的HART设备；

S5：HART设备发送响应信息，信息经HART调制解调电路解调后传输给微处理器；

S6：HART通讯完成，微处理器发送断开信号给多路切换隔离电路，发送HART通讯停止信息给数据采集电路；

S7：多路切换隔离电路断开当前通道连接，数据采集电路结束当前HART通讯并回到采样模式。

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