HART協(xié)議擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)及其在雷達(dá)液位計(jì)上的應(yīng)用.pdf

1、HART協(xié)議作為一種工業(yè)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，成為了事實(shí)上的現(xiàn)場級總線標(biāo)準(zhǔn)。目前全球HART型智能儀表的市場占有量已經(jīng)接近50％，但仍有約40％的儀表采用模擬量或非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字協(xié)議進(jìn)行輸出。為使這些模擬量或非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字協(xié)議輸出的儀表升級為HART型智能儀表，一般需要定制與之相配套的電子部件或HART協(xié)議擴(kuò)展模塊。本課題是受日本東京計(jì)裝公司委托，為其一款雷達(dá)液位計(jì)產(chǎn)品定制一個(gè)HART協(xié)議擴(kuò)展接口，使其產(chǎn)品升級為符合HART協(xié)議

2、的儀表，增強(qiáng)其產(chǎn)品綜合競爭力。
　　HART協(xié)議擴(kuò)展接口將利用UART接口與雷達(dá)液位計(jì)主板連接，并通過MODBUS通信獲取雷達(dá)液位計(jì)上的數(shù)據(jù)，包括過程變量、設(shè)備狀態(tài)等信息，并將這些信息保存在微處理器的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。當(dāng)有HART主設(shè)備通過HART協(xié)議向接口發(fā)出請求命令時(shí)，就可以獲取到這些有用信息了。
　　整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要是以微處理器為核心，配套HART調(diào)制解調(diào)模塊以及數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換、電流輸出和電源模塊。另外，由于HART協(xié)

3、議擴(kuò)展接口是從4～20mA電流環(huán)路上取電，因此需要在低電流情況下也能工作。通過對整個(gè)系統(tǒng)的功耗評估，確定了所有元器件的選型，并論證了方案的可行性。
　　在單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)中，進(jìn)入了模塊化設(shè)計(jì)，將整個(gè)程序分為MODBUS通信、系統(tǒng)主任務(wù)、EEPROM編程管理和HART通信四個(gè)模塊，并通過引入嵌入式操作系統(tǒng)來管理各個(gè)任務(wù)，同時(shí)使用內(nèi)核的事件機(jī)制實(shí)現(xiàn)各個(gè)任務(wù)之間的數(shù)據(jù)交互和同步操作。其中，HART通信功能的實(shí)現(xiàn)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為了

4、確保接口及代碼的清晰，且保持與HART協(xié)議的一致性，按照HART協(xié)議的層次化定義，采用多個(gè)文件的結(jié)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)物理層控制、數(shù)據(jù)鏈路層以及應(yīng)用層。并在HART數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)計(jì)過程中，對設(shè)備狀態(tài)機(jī)模型進(jìn)行了重新的描述，使得狀態(tài)的轉(zhuǎn)移更清晰。
　　為了方便用戶對裝有HART協(xié)議擴(kuò)展接口的設(shè)備進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)讀取，還設(shè)計(jì)了配套上位機(jī)程序，該軟件將連同研發(fā)成果一起提供給用戶，供其完成相應(yīng)的配置和參數(shù)讀取工作。最后通過模擬測試和實(shí)物聯(lián)機(jī)測試兩種