普通变送器的HART改造

　　摘要：ＨＡＲＴ协议是一种过渡现场总线，既保留模拟信号又可进行数字通讯，目前具有ＨＡＲＴ通讯功能的变送器在市场上很有竞争力。本文介绍了一种方便可行的对现有普通变送器的技shu改造方法，使其具有ＨＡＲＴ数字通讯能力。

　　关键词：ＨＡＲＴ  变送器  中央处理单元

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＨＡＲＴ ｓｍａｒｔ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｃａｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ａｌｓｏ ｏｕｔｐｕｔ ｔｈｅ ａｎａｌｏｇ ｃｕｒｒｅｎｔ． Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ａｄｄ ｔｈｅ ＨＡＲＴ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｃｏｍｍｏｎ ｓｍａｒｔ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:  ＨＡＲＴ   Ｓｍａｒｔ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ   ＣＰＵ

　　随着电子半导体器件的发展，化、网络化成为过程自动化现场变送器的发展方向。现场总线技shu的发展和成熟为过程自动化的发展描绘了一幅美丽的前景。目前，ＦＦ总线（基金会现场总线）、ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线在国内的过程自动化领域都有比较成功的应用范例。ＨＡＲＴ协议现场总线作为一种过渡的总线技shu，在保留传统模拟变送器标准４~２０ｍＡ电流信号的基础上增加了通讯的功能。ＨＡＲＴ变送器既可以接入ＤＣＳ系统，又可以通过总线通讯组成完整的ＦＣＳ（ＦＩＥＬＤＢＵＳ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ）系统，同时还可以通过手持终端在线调整变送器参数。由于ＨＡＲＴ变送器具有上述的多种灵活性，在目前的变送器市场中，ＨＡＲＴ变送器占有很大的份额。

  　面对目前的市场竞争，国内众多的变送器生产厂家都把变送器的ＨＡＲＴ化改造作为技shu革新的方向；力争通过ＨＡＲＴ变送器的推出进一步开拓市场。

  　如何实现变送器的ＨＡＲＴ化改造成为摆在众多变送器生产厂家面前的一个问题。尤其是对一些已经化改造、但不能完成总线通讯的变送器，怎样在bao证现有产品相对du立性的基础上添加ＨＡＲＴ通讯功能，很多技shu人员都在研究。

  　一些技shu人员存在一种观念，即一台４~２０ｍＡ标准输出的两线制变送器只需要添加一块ＨＡＲＴ协议通讯卡就可以完成变送器的ＨＡＲＴ改造；实际上这种想法是不可行的。下面从ＨＡＲＴ协议可以实现的功能进行阐述。

  　一台符合ＨＡＲＴ协议变送器若已通过ＨＡＲＴ基金会的应用层测试，应该可以通过ＨＡＲＴ通讯完成一些zui常规的功能，包括：

　 * 读取变送器测量动态变量，如主变量、输出电流等；

　 * 设定变送器处于多点（输出电流固定）或者单点（输出电流４~２０ｍＡ）模式；

　 * 设定、读出bi要的变送器管理信息；

　 * 读出变送器所连接传感器的相关参数；

　 * 获得变送器的生产厂商、设备类型、ＨＡＲＴ协议版本等基本信息。

  　如上所述，可以通过ＨＡＲＴ协议对变送器的电流输出进行控制，也就是说电流环路输出与ＨＡＲＴ通讯模块是一个整体，不可分割。因此，上面提及的改造模式对于两线制变送器来说是不能实现的。

  　一般来讲，除了上述zui基本的功能外，符合ＨＡＲＴ协议变送器还可以通过ＨＡＲＴ通讯完成其他几项功能：

 　* 设定变送器测量量程

 　* 设定变送器输出阻尼

 　* 完成传感器的线性化

  　本文下面介绍一种比较简单的方法，可以实现普通变送器的ＨＡＲＴ改造。实现方法的具体功能框图如下：

  　原有的变送器电子板中剔除电流输出控制模块，保留传感器激励、传感器信号采集、信号运算处理等功能模块（本文以下将保留部分简称为“信号采集处理模块”）。ＨＡＲＴ通讯模块的中央处理单元（ＣＰＵ）与信号采集处理模块中的中央处理单元（ＣＰＵ）直接串行传递数据。对于信号采集处理模块中的ＣＰＵ而言，原用于控制电流输出的Ｉ／Ｏ口线可转而用于ＣＰＵ通讯，基本不增加硬件负担。ＣＰＵ的软件中也相应的去除控制电流输出的程序，添加用于ＣＰＵ之间串行传递数据的功能模块。

  　对于ＨＡＲＴ通讯模块而言，不发生ＨＡＲＴ通讯时，周期性通过ＣＰＵ之间的数据传递从信号采集处理模块读取动态变量；发生ＨＡＲＴ通讯时，不定期的通过ＣＰＵ之间的数据传递设定变送器的运算、控制参数。在双ＣＰＵ的数据传递中，ＨＡＲＴ通讯模块中的ＣＰＵ处于支配地位，负责启动数据传递及验证数据传递的正确性。

  　对于一些ＨＡＲＴ协议规定的与变送器动态变量运算、输出无关的管理信息等通讯参数，ＨＡＲＴ通讯模块可以du立处理，无需启动双ＣＰＵ之间的数据传递。一些bi需双ＣＰＵ数据传递的变送器参数在下面列出：测量动态变量（包括主变量、输出电流数值等）、量程、输出阻尼、传感器线性化参数等。对于不同种类的变送器，需要传递的数据也有很大的不同，多则数十个，少则几个。

  　用于实现双ＣＰＵ之间串行数据传递的方法有很多，本文介绍一种适用于我们需要的主从式数据传递模式。

数据传递功能：

　　主ＣＰＵ读取从ＣＰＵ指定参数（在物理上可以表现为存储空间地址）的数据，或者将数据写入从ＣＰＵ的指定参数。

通信接口：

　　两块ＣＰＵ之间通过四根口线连接，分别定义为：ＣＬＫ、ＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ２、ＣＯＮＴＲＯＬ；主ＣＰＵ全bu采用普通Ｉ／Ｏ口线，从ＣＰＵ除去ＣＬＫ应用外部中断口线外，其他三根口线也均使用普通Ｉ／Ｏ口线。主ＣＰＵ按某一周期中断从ＣＰＵ，从ＣＰＵ接收中断信号，并做相应处理。

数据传递时序：

　　假设从ＣＰＵ的时钟频率为１．８４３２ＭＨＺ，Ｔ２的zui小值为２４８微妙；Ｔ１＋Ｔ２的zui小值为 ３１２．５ 微妙。

　　为确保数据传递的可kao性，主ＣＰＵ向从ＣＰＵ写入数据时，可以通过先写入，后读出，比较数据是否相同；主ＣＰＵ由从ＣＰＵ读出数据，可以连续读取两次，比较数据是否相同。若不同，则连续执行写入或者读出操作。

　　总之，通过上面谈到的ＨＡＲＴ通讯模块与信号采集处理模块之间ＣＰＵ数据传递的模式对现有的普通变送器进行ＨＡＲＴ改造，只需要对原变送器的电子板做微小的改动，实现周期短，可以比较快的将新产品推向市场。当然，在实际改造过程中，也有许多的具体问题需要仔细考虑，如信号采集处理模块的功耗、双方数据传递的具体参数定义等。这时，只能根据实际情况把握。