HART協議通信接口設計范文

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1通信接口硬件設計

CPU的選擇方面，選用ADI公司專為要求低功耗工作的電池供電應用而推出的超低功耗精密模擬微控制器ADuCM361。工作電壓為1.8V～3.6V，最低耗電電流4μA。內部集成了8通道24位ADC、可編程增益儀表放大器、精密帶隙基準電壓源、可編程電流源、靈活的多路復用器以及其它許多特性，省去了傳統單片機系統外圍信號放大、AD轉換等常用電路，提高了系統集成度降低了功耗。ADuCM361內核為32位低功耗ARMCortex－M3處理器。內部集成128k字節非易失性flash/EE存儲器、8k字節SRAM，以及一個支持有線(2xSPI、UART、)通信外設的11通道DMA控制器。hart變送器所有數字功能均由該處理器提供，靈活的時鐘源可使器件的功耗達到最低，5種低功耗工作模式可以通過程序控制任意配置，并且一個中斷事件可將系統從各種工作模式中迅速喚醒。由ADuCM361、AD5421和AD5700構成的HART物理層具體電路圖如圖2所示。AD5700與ADuCM361的UART通用串行接口信號包括來自UART的HART調制輸入TXD、HART解調輸出RXD、請求發送RTS————和載波檢測CD;Loop+、Loop－分別接4mA－20mA電流環的正負;HART輸出引腳HART_OUT通過容性分壓器0.068μF/0.22μF調整至所需幅度，并耦合至AD5421的CIN引腳，然后與DAC輸出，一同驅動和調制輸出電流;被耦合到LOOP+端的HART信號通過一個簡單的有源RC濾波器輸入到AD5700的ADC_IP引腳;DVDD為AD5421對外部提供的3.3V供電電壓;AD5700通過一個RC濾波器(470Ω/1μF)供電，防止AD5700的電流噪聲與4mA－20mA環路輸出進行耦合;HART調制解調器的時鐘由與XTAL1和XTAL2引腳直接相連的3.6864MHz外部晶振產生。

2HART協議通信軟件設計

HART通信接口的軟件設計包括AD5421的控制程序和HART協議通信程序。AD5421的控制程序主要是對環路電流4mA－20mA輸出的控制和系統供電電壓+3.3V輸出的控制，較為簡單。HART協議通信程序即為HART協議數據鏈路層和應用層的軟件實現。HART協議通信遵從主從方式半雙工通信，變送器作為從設備，除了處于突發模式外，只有在接收到主設備(上位機或手操器)發來的命令后才會作出應答。為了能及時接收到主設備發送的命令而又不影響主程序的正常運行，HART協議通信程序主要由串口接收發送中斷實現。變送器在上電或看門狗復位后，首先主程序對HART協議通信部分進行初始化配置，包括設定ADuCM361內部UART模塊工作方式、串行通信波特率、數據幀格式、清通信緩沖區、中斷等，之后將其設置為等待狀態，等待狀態下，一旦上位機有命令發來，AD5700的載波檢測口CD變為高電平，觸發中斷，啟動接收并關閉載波檢測中斷，程序進入接收部分。命令幀數據接收完畢，經ADuCM361做出相應處理后，把要發回的應答幀內容放入通信緩沖區中，觸發中斷，進入發送程序，發回應答幀，由此完成一次命令的交換，然后再次進入等待狀態，等待下一條主機命令。HART協議通信接口通過圖3所示的中斷調用子程序的方法，完成現場儀表和主機之間的通信，可以使主機完成對現場儀表的工作參數設置、測量結果讀取、儀表狀態檢測等工作。

3應用效果

圖4所示為HART變送器連線圖，采樣電阻RL(取值300Ω)串接于4mA－20mA回路中，將電流信號和HART信號轉換為電壓信號，通過RS232HART轉換器與上位機通信。上位機軟件采用第三方HART通信軟件，測試結果表明可進行點對點HART通信，并能實現所支持的各條HART命令，在4mA－20mAHART總線上再接入一塊第三方的HART渦輪流量計，也能正確進行多點HART通信，完全達到了HART協議技術要求。

4結束語

由AD5700和AD5421構建的HART通信接口具有通用性，完全符合HART協議，軟硬件稍加更改即可用于其他壓力、溫度、流量等變送器，可移植性強，可靠性高。由于HART通信協議特有的優勢，已成為智能控制領域中應用最廣泛的現場通信協議，在今后很長一段時期內，HART協議產品在國內具有十分遼闊的市場。

作者：張燕 沈昱明 單位：上海理工大學光電信息與計算機工程學院