CN202856782U - Hart通信信号自动收发以及转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及现场智能仪表领域，提供了一种HART通信信号自动收发以及转换装置。该HART通信信号自动收发以及转换装置，通过自动收发控制电路可自动控制HART通信接口电路的通信方向，从而省去了对HART通信接口电路的通信方向控制所采用的单片机及其外围电路，因此节约了电路的成本以及降低了电路的开发、调试难度。

Description

HART通信信号自动收发以及转换装置

技术领域

本实用新型涉及现场智能仪表领域，尤其涉及一种HART通信信号自动收发以及转换装置。

背景技术

HART（Highway Addressable Remote Transducer）通信协议，即可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosemount公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室上位机之间的通信协议。HART通信协议提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，发展至今，HART技术已经十分成熟，并已成为全球现场智能仪表的工业标准。

目前，采用HART通信协议的接口（以下简称HART通信接口）的现场智能仪表广泛的应用于工业场所中，这些采用HART通信接口的现场智能仪表（以下简称现场智能仪表）一般是在二线制4-20mA模拟信号输出的基础上叠加数字通信信号，以实现控制室上位机对这些采用HART通信接口的现场智能仪表的现场使用情况进行更全面的监控。

但是在一些工业场所，控制室上位机往往没有提供HART通信接口，而提供了其他如RS485接口、RS232接口、USB接口、CAN接口或以太网等通信接口，因此采用HART通信接口的仪表不能直接与这些控制室上位机相连，而需要采用HART信号转换电路将HART格式的信号与RS485格式、RS232格式、USB格式、CAN格式的信号进行相互转换。

由于HART通信是一种半双工通信，进行一次信号的接收或发送之后，需要切换通信方向。因此，在HART通信电路中，通过控制HART芯片的其中一个引脚来实现对通信方向的控制。具体为在该引脚施加高电平信号时，HART芯片处于信号接收状态；施加低电平信号时，HART芯片处于信号发送状态，因此在信号的传输过程中需要频繁的对该引脚进行切换操作。

而现有技术中采用单片机对HART芯片中的该引脚进行控制，由此，存在以下问题：

1.使用单片机增加了电路的成本；

2.使用单片机的同时必定需要增加单片机的外围电路，从而增加了电路的复杂程度，进一步增加了电路的开发、调试难度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种HART通信信号自动收发以及转换装置，旨在解决现有技术中的HART通信电路采用单片机对HART芯片进行控制带来的电路成本以及电路的开发、调试难度的增加。

为此，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种HART通信信号自动收发以及转换装置，连接于控制室上位机与现场智能仪表之间，所述HART通信信号自动收发以及转换装置包括：

将HART格式的信号与RS485格式、RS232格式、USB格式、CAN格式的信号进行相互转换并传输的HART通信接口电路；

自动控制所述HART通信接口电路的通信方向的自动收发控制电路；

RS485接口电路、RS232接口电路、USB接口电路、CAN接口电路；

传输所述HART通信接口电路与所述RS485接口电路、RS232接口电路、USB接口电路、CAN接口电路之间的信号同时起到隔离作用的隔离电路；

所述HART通信接口电路的第一通信端以及第二通信端分别接所述现场智能仪表以及所述隔离电路的第一通信端，所述自动收发控制电路的检测端接所述隔离电路的第一通信端、控制端接所述HART通信接口电路的受控端，所述RS485接口电路、RS232接口电路、USB接口电路、CAN接口电路的第一通信端以及第二通信端分别接所述隔离电路的第二通信端以及所述控制室上位机。

本实用新型提供的HART通信信号自动收发以及转换装置，通过所述自动收发控制电路可自动控制所述HART通信接口电路的通信方向，从而省去了对HART通信接口电路的通信方向控制所采用的单片机及其外围电路，因此节约了电路的成本以及降低了电路的开发、调试难度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的HART通信信号自动收发以及转换装置的电路原理框图；

图2为本实用新型实施例提供的HART通信信号自动收发以及转换装置的电路原理示意图；

图3为本实用新型实施例提供的HART通信信号自动收发以及转换装置的可重触发单稳态触发器U2的真值表。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

参照图1、图2，本实用新型实施例提供的HART通信信号自动收发以及转换装置的电路原理框图、电路原理示意图。

一种HART通信信号自动收发以及转换装置，连接于控制室上位机5与现场智能仪表6之间，所述HART通信信号自动收发以及转换装置包括：

将HART格式的信号与RS485格式、RS232格式、USB格式、CAN格式的信号进行相互转换并传输的HART通信接口电路1；

自动控制所述HART通信接口电路1的通信方向的自动收发控制电路2；

RS485接口电路41、RS232接口电路42、USB接口电路43、CAN接口电路44；

传输所述HART通信接口电路1与所述RS485接口电路41、RS232接口电路42、USB接口电路43、CAN接口电路44之间的信号同时起到隔离作用的隔离电路3；

所述HART通信接口电路1的第一通信端以及第二通信端分别接所述现场智能仪表6以及所述隔离电路3的第一通信端，所述自动收发控制电路2的检测端接所述隔离电路3的第一通信端、控制端接所述HART通信接口电路1的受控端，所述RS485接口电路41、RS232接口电路42、USB接口电路43、CAN接口电路44的第一通信端以及第二通信端分别接所述隔离电路3的第二通信端以及所述控制室上位机5。

自动收发控制电路2包括可重触发单稳态触发器U2，电阻R1，电容C1，反相器U3；

可重触发单稳态触发器U2的外部电容连接脚Cext以及外部电容和电阻连接脚RCext之间连接电容C1，外部电容和电阻连接脚RCext通过电阻R1接电源V1，清除脚CLR以及正边沿触发输入脚B接电源V1，负边沿触发输入脚A作为自动收发控制电路2的检测端接隔离电路3的第一通信端，正脉冲输出脚Q接反相器U3的输入端，反相器U3的输出端作为自动收发控制电路2的控制端接HART通信接口电路1的受控端。

HART通信接口电路1包括HART芯片U1以及HART芯片外围电路11，隔离电路3包括光电隔离芯片U4；

HART芯片U1的收发方向控制脚RTS作为HART通信接口电路1的受控脚接自动收发控制电路2的控制端、信号接收脚DIN以及信号发送脚DOUT作为HART通信接口电路1的第二通信端分别接作为隔离电路3的第一通信端的电隔离芯片U4的信号发送脚TX以及信号接收脚RX，

HART芯片外围电路11的第一通信端作为HART通信接口电路1的第一通信端接现场智能仪表6、第二通信端接HART芯片U1的第一通信端，

电隔离芯片U4的输入端作为隔离电路3的第二通信端分别接RS485接口电路41、RS232接口电路42、USB接口电路43、CAN接口电路44的第一通信端。

自动收发控制电路2的可重触发单稳态触发器U2的负边沿触发输入脚A接电隔离芯片U4的信号发送脚TX。

以下对本实用新型实施例提供的HART通信信号自动收发以及转换装置的工作原理作进一步说明。

在一般的工业场所采用HART通信接口的现场智能仪表6在控制系统中属于从属设备，其初始状态为信号接收状态，当收到与自身现场智能仪表6有关的信号时，即自动响应向控制室上位机5发送信号。

本实施例中，当HART通信接口电路1的HART芯片U1的收发方向控制引脚RTS为高电平时，HART芯片U1处于信号接收状态，通过信号输入脚DIN接收信号；当收发方向控制引脚RTS为低电平时，HART芯片U1处于信号发送状态，通过信号输出脚DOUT发送信号。

本实施例中，可重触发单稳态触发器U2采用74HC123，该型号的可重触发单稳态触发器U2的真值表如图3所示。图中序号6为该HART通信信号自动收发以及转换装置所采用的逻辑。

该HART通信信号自动收发以及转换装置中的自动收发控制电路2的可重触发单稳态触发器U2的清除脚CLR以及正边沿触发输入脚B接到高电平，负边沿触发输入脚A接光电隔离芯片U4的信号输出脚TX，正脉冲输出脚Q通过反相器U3接到HART芯片U1的收发方向控制脚RTS。从图3中得知，只要在一定时间间隔内重复使可重触发单稳态触发器U2的负边沿触发输入脚A由高电平到低电平跳变，正脉冲输出脚Q就一直输出高电平。

当光电隔离芯片U4的信号发送脚TX没有发送信号时，信号发送脚TX默认为高电平，此时可重触发单稳态触发器U2正脉冲输出脚Q输出低电平，通过反相器U3后变为高电平，从而控制HART通信接口电路1的HART芯片U1的收发方向控制脚RTS为高电平而使HART芯片U1处于信号接收状态。

当控制室上位机5通过RS485接口电路41或RS232接口电路42或USB接口电路43或CAN接口电路44向现场智能仪表6发送RS485格式或RS232格式或USB格式或CAN格式的信号时，此时光电隔离芯片U4的信号发送脚TX发送信号，处于信号接收状态的HART芯片U1接收到该信号。

由于光电隔离芯片U4的信号输出脚TX发送的信号的起始位必然由高电平到低电平跳变，从而触发自动收发控制电路2的可重触发单稳态触发器U2，从而可重触发单稳态触发器U2的正脉冲输出脚Q输出高电平，通过反相器U3后变为低电平，从而控制HART通信接口电路1的HART芯片U1的收发方向控制脚RTS为低电平而使HART芯片U1处于信号发送状态。此时HART芯片U1通过HART芯片外围电路11将所接收到的控制室上位机5的信号转换为HART格式的信号发送到现场智能仪表6。

当现场智能仪表6接收到从控制室上位机5发送的并通过UART芯片U1转换的HART格式的信号时，即自动响应向控制室上位机5发送HART格式的信号。

由于控制室上位机5信号发送完成之后，光电隔离芯片U4的信号发送脚TX恢复为默认的高电平，从而使反相器U3输出高电平，从而控制HART通信接口电路1的HART芯片U1的收发方向控制脚RTS为高电平而使HART芯片U1处于信号接收状态。此时HART芯片U1通过HART芯片外围电路11接收现场智能仪表6发送的HART格式的信号并转换为RS485格式或RS232格式或USB格式或CAN格式的信号，接着从信号发送脚DOUT发送信号，该信号发送至光电隔离芯片U4的数据接收脚RX，并通过光电隔离芯片U4以及RS485接口电路41或RS232接口电路42或USB接口电路43或CAN接口电路44将该信号发送至控制室上位机5。

以上，即完成了控制室上位机5与现场智能仪表6的信号的一次发送与接收。

因此，本实用新型实施例提供的HART通信信号自动收发以及转换装置，通过自动收发控制电路2可自动控制HART通信接口电路1的通信方向，从而省去了对HART通信接口电路1的通信方向控制所采用的单片机及其外围电路，因此节约了电路的成本以及降低了电路的开发、调试难度。

同时，该HART通信信号自动收发以及转换装置包括RS485接口电路41、RS232接口电路42、USB接口电路43、CAN接口电路44等通信接口电路，方便与采用不同接口电路的控制室上位机5连接。

以上所述仅为本实用新型优选实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种HART通信信号自动收发以及转换装置，连接于控制室上位机（5）与现场智能仪表（6）之间，其特征在于，所述HART通信信号自动收发以及转换装置包括：

将HART格式的信号与RS485格式、RS232格式、USB格式、CAN格式的信号进行相互转换并传输的HART通信接口电路（1）；

自动控制所述HART通信接口电路（1）的通信方向的自动收发控制电路（2）；

RS485接口电路（41）、RS232接口电路（42）、USB接口电路（43）、CAN接口电路（44）；

传输所述HART通信接口电路（1）与所述RS485接口电路（41）、RS232接口电路（42）、USB接口电路（43）、CAN接口电路（44）之间的信号同时起到隔离作用的隔离电路（3）；

所述HART通信接口电路（1）的第一通信端以及第二通信端分别接所述现场智能仪表（6）以及所述隔离电路（3）的第一通信端，所述自动收发控制电路（2）的检测端接所述隔离电路（3）的第一通信端、控制端接所述HART通信接口电路（1）的受控端，所述RS485接口电路（41）、RS232接口电路（42）、USB接口电路（43）、CAN接口电路（44）的第一通信端以及第二通信端分别接所述隔离电路（3）的第二通信端以及所述控制室上位机（5）。

2.如权利要求1所述的HART通信信号自动收发以及转换装置，其特征在于，所述自动收发控制电路（2）包括可重触发单稳态触发器U2，电阻R1，电容C1，反相器U3；

所述可重触发单稳态触发器U2的外部电容连接脚Cext以及外部电容和电阻连接脚RCext之间连接所述电容C1，外部电容和电阻连接脚RCext通过所述电阻R1接电源V1，清除脚CLR以及正边沿触发输入脚B接电源V1，负边沿触发输入脚A作为所述自动收发控制电路（2）的检测端接所述隔离电路（3）的第一通信端，正脉冲输出脚Q接所述反相器U3的输入端，所述反相器U3的输出端作为所述自动收发控制电路（2）的控制端接所述HART通信接口电路（1）的受控端。

3.如权利要求1所述的HART通信信号自动收发以及转换装置，其特征在于，所述HART通信接口电路（1）包括HART芯片U1以及HART芯片外围电路（11），所述隔离电路（3）包括光电隔离芯片U4；

所述HART芯片U1的收发方向控制脚RTS作为所述HART通信接口电路（1）的受控脚接自动收发控制电路（2）的控制端、信号接收脚DIN以及信号发送脚DOUT作为所述HART通信接口电路（1）的第二通信端分别接作为所述隔离电路（3）的第一通信端的所述电隔离芯片U4的信号发送脚TX以及信号接收脚RX，

所述HART芯片外围电路（11）的第一通信端作为所述HART通信接口电路（1）的第一通信端接所述现场智能仪表（6）、第二通信端接所述HART芯片U1的第一通信端，

所述电隔离芯片U4的输入端作为所述隔离电路（3）的第二通信端分别接所述RS485接口电路（41）、RS232接口电路（42）、USB接口电路（43）、CAN接口电路（44）的第一通信端。

4.如权利要求2或3所述的HART通信信号自动收发以及转换装置，其特征在于，所述自动收发控制电路（2）的可重触发单稳态触发器U2的负边沿触发输入脚A接所述电隔离芯片U4的信号发送脚TX。

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