CN108156156A - 一种hart协议与modbus协议转换器 - Google Patents

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    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/08—Protocols for interworking; Protocol conversion

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Abstract

本发明公开了一种其包括HART变送器和MODBUS主机、微控制器、HART调制解调器、模拟开关和差动总线收发器；微控制器分别与HART调制解调器、模拟开关和差动总线收发器连接；HART调制解调器的输出端经模拟开关与HART变送器连接；HART调制解调器的输入端与HART变送器连接；差动总线收发器与MODBUS主机连接。

Description

一种HART协议与MODBUS协议转换器
技术领域
本发明涉及一种HART协议与MODBUS协议转换器。
背景技术
HART协议是一种通用的现场总线协议，多用于现场的变送器等仪表中，缺点是速度低，同一条总线上的仪表数量不能超过15台。而基于RS485通信的MODBUS协议通信速度高，同一条总线上的仪表数量可以多达128个。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种HART协议与MODBUS协议转换器，其能够将低速的HART协议设备接入高速的MODBUS网络中。
为实现上述目的，本发明提供了一种HART协议与MODBUS协议转换器，其包括HART变送器和MODBUS主机，其进一步包括：微控制器、HART调制解调器、模拟开关和差动总线收发器；微控制器分别与HART调制解调器、模拟开关和差动总线收发器连接；HART调制解调器的输出端经模拟开关与HART变送器连接；HART调制解调器的输入端与HART变送器连接；差动总线收发器与MODBUS主机连接。
与现有技术相比，本发明公开的HART协议与MODBUS协议转换器，通过微控制器、HART调制解调器、模拟开关形成HART通信通道，实现与HART变送器的信号传输，在要读取HART变送器的数据时，接收数据，并将数据存储至微控制器；通过微控制器和差动总线收发器形成MODBUS通信通道，以实现与MODBUS主机的通信，从而将存储于微控制中数据发送至MODBUS主机。
根据本发明另一具体实施方式，微控制器包括第一收发传输器和第二收发传输器；第一收发传输器分别与HART调制解调器和模拟开关连接；第二收发传输器与差动总线收发器连接。
根据本发明另一具体实施方式，第一收发传输器用于输出第一控制信号和读取指令；HART调制解调器和模拟开关用于接收第一控制信号，并将读取指令传输至HART变送器；HART变送器接收读取指令。
根据本发明另一具体实施方式，第一收发传输器还用于输出第二控制信号，模拟开关接收第二控制信号、并断开；HART调制解调器接收第二控制信号、并根据第二控制信号接收HART变送器的返回数据、并将返回数据传输至微控制器存储。
根据本发明另一具体实施方式，第二收发传输器用于输出第三控制信号；差动总线收发器用于接收第三控制信号，并根据第三控制信号接收MODBUS主机发出的指令，并将指令传输至微控制器。
根据本发明另一具体实施方式，第二收发传输器还用于输出第四控制信号；差动总线收发器用于接收第四控制信号，并根据第四控制信号将微控制存储的返回数据发送至MODBUS主机。
根据本发明另一具体实施方式，第一收发传输器和第二收发传输器均为通用异步收发传输器。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
附图说明
图1是实施例1提供的HART协议与MODBUS协议转换器的结构框图；
图2是实施例1提供的HART协议与MODBUS协议转换器的电路图；
图3是实施例1提供的HART协议与MODBUS协议转换器中HART通信通道的通信流程图；
图4是实施例1提供的HART协议与MODBUS协议转换器中MODBUS通信通道的通信流程图。
具体实施方式
实施例1
参见图1，是本实施例提供的HART协议与MODBUS协议转换器的结构框图。该HART协议与MODBUS协议转换器包括模拟开关1、HART调制解调器2、微控制器3、和差动总线收发器4。
本实施例中，微控制器3包括第一收发传输器UART1和第二收发传输器UART2；第一收发传输器UART1和第二收发传输器UART2均为通用异步收发传输器。
第一收发传输器UART1分别与HART调制解调器2和模拟开关1连接；第二收发传输器UART2与差动总线收发器连接4。
HART调制解调器2的输出端经模拟开关1与HART变送器连接；HART调制解调器2的输入端与HART变送器连接；差动总线收发器4的输出端与MODBUS主机连接。
参见图2，是本实施例提供的HART协议与MODBUS协议转换器的电路图。隔离电源将外部供电电源隔离转换成P24V+和VCC两组电源，P24V+为外部HART变送器提供工作电源，VCC为微控制器3、HART调制解调器2、模拟开关1和差动总线收发器4提供工作电源；F1为自恢复保险丝，当HART变送器电流过大或短路时起保护作用。因为HART信号是在低频的4－20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯，R1是负载电阻，根据HART协议要求R1的阻值范围是230－600Ω，这里取值为250Ω。
微控制器3具有2个UART(通用异步收发传输器)，UART1(TXD1、RXD1)与HART调制解调器2连接，与HART变送器之间双向通信，即UART1(TXD1、RXD1)与HART调制解调器2、模拟开关1、HART变送器构成HART通信通道。UART2(TXD2、RXD2)与差动总线收发器4连接，与外部MODBUS主机之间双向通信；即UART2(TXD2、RXD2)与U4、外部MODBUS主机构成MODBUS通信通道。两个通信通道之间不发生直接联系，只通过内存共享数据，先由HART通信通道将HART变送器的数据读到微控制器3的内存中，再由MODBUS通道将内存数据发送到MODBUS主机。
模拟开关1，受微控制器3的RTS脚控制。RTS为高电平时模拟开关1的NO与COM断开，RTS为低电平时模拟开关1的NO与COM接通。
差动总线收发器4，通信方式为半双工。DE和RE同时为高电平时为发送状态，DE和RE同时为低电平时为接收状态。
HART调制解调器2，通信方式也是半双工。RTS为高电平时为接收，低电平为发送。C1、C2、C3为隔直电容。
参见图3，图3是本实施例提供的HART协议与MODBUS协议转换器中HART通信通道的通信流程图。参见图4，图4是本实施例提供的HART协议与MODBUS协议转换器中MODBUS通信通道的通信流程图。
第一收发传输器用于输出第一控制信号和读取指令；HART调制解调器2和模拟开关1用于接收第一控制信号，并将读取指令传输至HART变送器；HART变送器接收读取指令。第一收发传输器还用于输出第二控制信号，模拟开关1接收第二控制信号、并断开；HART调制解调器2接收第二控制信号、并根据第二控制信号接收HART变送器的返回数据、并将返回数据传输至微控制器3存储。
具体的工作流程为：第一控制信号即即微控制器3的RST脚输出低电平；第二控制信号即微控制器3的RST脚输出高电平。当需要读取HART变送器数据时，第一控制信号即微控制器3的RST脚输出低电平；此时HART调制解调器2处于发送状态，模拟开关1的NO与COM连接，微控制器3的读取指令通过UART1、HART调制解调器2、模拟开关1发送到HART变送器。发送完成后立即把微控制器3的RTS脚置为高电平，此时HART调制解调器2处于接收状态，模拟开关1的NO与COM断开，HART变送器的返回数据通过HART调制解调器2返回到微控制器3的UART1；再经过微控制器3的解析，把正确的数据存放于微控制器3的内存中。
第二收发传输器用于输出第三控制信号；差动总线收发器4用于接收第三控制信号，并根据第三控制信号接收MODBUS主机发出的指令，并将指令传输至微控制器3。第二收发传输器还用于输出第四控制信号；差动总线收发器4用于接收第四控制信号，并根据第四控制信号将微控制存储的返回数据发送至MODBUS主机。
具体的工作流程为：第三控制信号即微控制器3的DE脚输出低电平；第四控制信号即微控制器3的DE脚输出高电平把DE置为低电平。首先，第三控制信号即微控制器3的DE脚输出低电平此时差动总线收发器4为接收状态，微控制器3的UART2一直接收MODBUS主机的命令，当收到MODBUS主机正确的命令，并完成命令解析后，立即把DE置为高电平，此时差动总线收发器4为发送状态，返回数据从微控制器3的UART2经过差动总线收发器4返回到MODBUS主机。反回数据发送完之后，再把DE置为低电平，继续接收新的命令。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (7)

1.一种HART协议与MODBUS协议转换器，其特征在于，包括：微控制器、HART调制解调器、模拟开关和差动总线收发器；所述微控制器分别与所述HART调制解调器、所述模拟开关和所述差动总线收发器连接；所述HART调制解调器的输出端经所述模拟开关与HART变送器连接；所述HART调制解调器的输入端与所述HART变送器连接；所述差动总线收发器与MODBUS主机连接。
2.如权利要求1所述的HART协议与MODBUS协议转换器，其特征在于，所述微控制器包括第一收发传输器和第二收发传输器；所述第一收发传输器分别与所述HART调制解调器和所述模拟开关连接；所述第二收发传输器与所述差动总线收发器连接。
3.如权利要求2所述的HART协议与MODBUS协议转换器，其特征在于，所述第一收发传输器用于输出第一控制信号和读取指令；所述HART调制解调器和所述模拟开关用于接收所述第一控制信号，并将所述读取指令传输至所述HART变送器；所述HART变送器接收所述读取指令。
4.如权利要求3所述的HART协议与MODBUS协议转换器，其特征在于，所述第一收发传输器还用于输出第二控制信号，所述模拟开关接收所述第二控制信号、并断开；所述HART调制解调器接收所述第二控制信号、并根据所述第二控制信号接收所述HART变送器的返回数据、并将所述返回数据传输至微控制器存储。
5.如权利要求2所述的HART协议与MODBUS协议转换器，其特征在于，所述第二收发传输器用于输出第三控制信号；所述差动总线收发器用于接收所述第三控制信号，并根据所述第三控制信号接收所述MODBUS主机发出的指令，并将所述指令传输至微控制器。
6.如权利要求5所述的HART协议与MODBUS协议转换器，其特征在于，所述第二收发传输器还用于输出第四控制信号；所述差动总线收发器用于接收所述第四控制信号，并根据所述第四控制信号将所述微控制存储的返回数据发送至MODBUS主机。
7.如权利要求2所述的HART协议与MODBUS协议转换器，其特征在于，所述第一收发传输器和所述第二收发传输器均为通用异步收发传输器。
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