CN104702704A - 智能电气定位器的hart通讯接口 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于智能阀门定位系统HART通讯接口，其特征在于该HART通讯接口能够实现给HART通讯模块供电、将HART信号转换为TTL/CMOS信号、可以实现与PC机之间进行数据通讯等功能。基于对HART通讯协议的理解，结合智能阀门控制系统的系统要求，给出了HART通讯接口的硬件设计方案分析、包括芯片选型、系统低功耗分析。在软件设计上，根据智能电气阀门定位器的功能要求，给出了命令系统设计方案。
Description
技术领域
本发明装置是基于智能阀门控制系统的HART通讯接口，是结合机械、电子、控制技术、嵌入式技术为一体的机电一体化设备。
背景技术
现场总线是目前国际上过程控制领域的一个热点。通过现场总线数字通信技术可以延伸到现场级仪表，给工业控制系统带来一场革命。在传统模拟仪表向全数字化仪表转变的过程中，HART 通信协议作为一种过渡协议应运而生，并且，现已成为智能仪表"事实上"的标准。目前智能化现场设备的国内市场大部分被国外大公司所控制。为了适应工业现场需要，满足国内现场工业仪表对现场通信方面的要求，开发了智能电气定位器的 HART 通讯接口。HART（Highway Addressable Remote Transducer，高速可寻址远程传感器通路)通信协议是由 Rosemount公司提出的用于现场智能仪表和控制室设备间通讯的一个过渡性协议。HART通信协议是一种强大的通信技术，可充分挖掘数字现场设备的潜力。
发明内容
HART通讯接口的硬件实现即对 HART 协议物理层的实现。由于HART通讯接 口是基于智能阀门控制系统的功能要求所开发，所以该通讯接口的设计包括两个方面:(1)用于接收主机 HART 信号，与智能电气定位器相连接的 HART 接口卡(简称为定位器 HART 接口卡)。 (2)用于接收现场仪表的响应 HART 信号的与 PC 机相连接的HART调制解调器(简称为PC 机HART调制解调器)。要实现本HART通讯接口的功能，首先要了解其服务对象——智能阀门定位系统的组成及功能要求。智能阀门定位系统通常应用于炼油厂、电力等工业现场，实现对其过程量如液位、流量、压力等的智能控制。其系统结构图如附图1。
HART 通信系统物理上由定位器 HART 接口卡和PC机 HART 调制解调器组成，通信介质共享传输模拟电流的双绞线。在本硬件电路设计中，用于实现HART协议的核心芯片是HT2015芯片。考虑到实际应用中电流的波动，要求系统的最大耗电电流不能超过3.4mA。
在软件设计中，包括2个部分：1）下位机软件，在硬件实现 HART 协议物理层功能的基础上，通过在 MSP430单片机上进行编程来实现从设备 HART协议数据链路层和应用层的功能。该部分工作在嵌入式开发环境下采用 C 语言开发完成。2）上位机软件，本文对 PC 机专用软件应该包括的主要功能做了规划，阐述其作为主机的 HART 协议的通信工作原理。具体将采用VB语言实现，此工作目前正在进行中。基于上述分析，我们设计了系统主程序，它是系统的核心，负责通信初始化，协调 HART 数据帧的接收发送，提供阀门定位器处理程序与通信程序接口，通过状态转移，可以实现 HART 协议总线仲裁的机制。软件流程如附图2所示，该程序目前只支持"点对点"通信模式，将来可通过软件升级应用于"多点网络"通信模式。
附图说明
图1是智能阀门定位系统结构图；
图2是软件流程图。
具体实施方式
在系统的硬件设计中，定位器 HART 接口卡实现两个功能，第一是将 4--20mA直流电流转换成电压信号，以给定位器主控电路板及HART模块电路提供所需电压源:第二是实现对HART信号的接收和发送，即将接收到的来自主设备的 HART 信号转换为智能电气定位器可接收的TTL/CMOS 电平信号，同时将单片机发回的数据转换成符合 HART 协议的数据，向主设备发送响应信息。这里主设备是 PC 机和手持编程器。PC 机 HART 调制解调器用于将 HART 信号转换为 PC 机可识别的数据，为上位机监控软件提供现场设备的各种信息，同时该模块也将 PC 机输出的数据转换成符合 HART 协议的格式数据，并将其调制成 HART 信号发送到电流环路上，实现与现场设备的通信和第二主机的互连。HART 通讯接口的引入，大大提高了系统的数据通信能力，用户可通过 PC 机对现场 设备进行实时监控，并可根据反馈信息对现场设备进行远程组态操作。HART手操器则主要用于现场的诊断、调试和维护。
在附图2在没有收到完整的 HART 帧的时候，程序是处于空闲等待或者执行其他阀门定位器的操作。接收通过中断方式实现，当有收到完整的HART 帧标志位时，开始根据不同命令号执行相关任务，一个命令号对应一段应用子程序。同时要打开 STO 定时监测从机响应超时情况。若是收到要求配置为突发模式命令，则系统将发送一条突发模式成功配置的帧，然后紧接着循环发送自定义的突发模式服务程序，时间间隔是 BT。主机可以在BT间隔时间内发送命令要求从主机退出突发模式。
Claims (4)
1.一种基于智能阀门定位系统的HART通讯接口设计，该HART通讯接口能够实现给HART通讯模块供电、将HART信号转换为TTL/CMOS信号、可以实现与PC机之间进行数据通讯等功能。
2.根据权利要求1所述，该HART通讯接口给HART通讯模块供电功能，其特征在于，定位器HART接口卡可以将 4--20mA直流电流转换成电压信号，以给定位器主控电路板及HART模块电路提供所需电压源。
3.根据权利要求1所述，该HART信号转换为TTL/CMOS信号，其特征在于，定位器HART接口卡将接收到的来自主设备的 HART 信号转换为智能电气定位器可接收的TTL/CMOS 电平信号，同时将单片机发回的数据转换成符合 HART 协议的数据，向主设备发送响应信息。
4.根据权利要求1所述，该HART通讯接口可以实现与PC机进行数据交换，其特征在于HART调制解调器用于将 HART 信号转换为 PC 机可识别的数据，为上位机监控软件提供现场设备的各种信息，同时该模块也将 PC机输出的数据转换成符合 HART 协议的格式数据，实现与PC机之间的数据交互。
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106253955A (zh) * | 2016-08-19 | 2016-12-21 | 河南大学 | 一种电子通信系统 |
| WO2017156730A1 (en) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | Dresser, Inc. | Expanding functions of a process device |
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2013
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