HART智能压力变送器的设计
HART 协议智能温度变送器设计
目录总图和总程序摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)第一章绪论 (2)1.1智能变送器的发展 (2)1.2现场总线技术发展趋势 (2)1.3目的和意义 (3)1.4本论文主要内容 (3)第二章HART协议总体剖析 (5)2.1HART协议概述 (5)2.2HART通信结构模型 (6)2.2.1 HART协议物理层 (7)2.2.2 HART数据链路层 (8)2.2.3 HART协议应用层 (8)2.2.4 各层间的功能关系 (9)2.3 HART的消息帧结构 (9)2.4 HART的操作命令 (12)第三章智能变送器的硬件设计 (15)3.1 系统整体设计方案 (15)3.2 通信模块 (15)3.2.1 HT2012的优良特性 (16)3.2.2 HT2012芯片的功能模块 (16)3.2.3 HT2012在HART协议中的应用 (18)3.2.4MSP430与HT2012接口设计 (20)3.2.5 HT2012与外部接口 (20)3.3 单片机接口 (22)3.3.1 MSP430F148特性 (22)3.3.2 MSP430与DA芯片AD421 (22)第四章智能变送器的软件设计 (24)4.1变送器的测控程序流程图 (24)4.1.1用户测控程序总体流程图 (24)4.1.2参数设置流程图 (25)4.2HART数据采集与发送通讯流程图 (26)4.2.1上位机数据采集一次数据的程序流程图 (26)4.2.2变送器数据发送流程图 (27)结论 (29)参考文献 (30)中文译文 (31)外文译文 (33)致谢 (35)插图清单图2-1 HART数字通讯信号加在4～20mA模拟信号上 (5)图2-2图2-2 HART通信结构模型 (6)图2-3图2-3 HART通信模式 (7)图2-4 HART调制频率信号 (7)图2-5 传输流式 (10)图2-6 HART消息结构 (10)图2-7短帧地址结构 (11)图2-8长帧地址结构 (12)图3-1智能变送器的硬件框图 (17)图3-2HT2012功能模 (19)图3-3晶阵模块 (19)图3-4HT2012在HART设备中的应模 (21)图3-5HT2012输入输出电路示意图 (22)图3-6 MSP430与HT2012接口图 (23)图3-7带通滤波电路图 (24)图3-8整形电路图 (24)图3-9HT2012的接口电路 (25)图3-10AD421的接口电路 (26)图3-11AD421 操作时序图图 (27)图4-1用户测控程序的总体流程 (29)图4-2参数设置流程 (30)图4-3上位机数据采集一次数据的程序流程 (31)图4-4变送器数据发送器流程图 (32)表格清单表2-1响应命令范围 (12)表2-2通用命令摘要 (12)表2-3 普通命令摘要 (13)HART 协议智能温度变送器的设计摘要目前，现场总线已经成为过程控制领域的热点，代表着过程仪表发展的方向。
基于HART6的智能压力变送器设计
对通信 功能做 了进 一步 改善 ， 幅扩展 了仪 表 的智能 大
性 。 目前 国产 的智 能 仪表 主 要采 用 Ｈ Ｒ Ａ Ｔ第 ５版 规 范， 我们设计 了符合 Ｈ Ｒ Ａ Ｔ６的智能压力变送器 。
车运行 以后 ， 并未充分利用 Ｈ Ｒ Ａ Ｔ的数字通信 ， 仍然使 用传统 的 ４～ ０ｍ ２ Ａ进 行 信号 的传递 和 控制 。Ｈ Ｒ ＡＴ
ｓｒ ｍｅ ｔ ｔｕ ｎｓ，ｉｔｌｇ ｎ ｒ ｓｕ ｅ ｔａ ｍｉｔｒｍｅ ｔ ｇ ＨＡＲＴ ６ ｓ ｃｆｃ ｔｏ ｓ ｄ ｓｇ ｄ ｂ ｄ ｐｔ ｇ ｓ ｌ－ ｅ ｅｏ ｅ ｏｔ ｒ ｔｔ ｃ ｉ ｄ ｌ ｎｅｌ ｅ ｔｐ ｅ ｓ ｒ ｒｎｓ ｔ ｅｉ ｉ ｅ ｎ ｐｅ ｉ ａｉｎ ｉ ｅ ｉｎｅ ｙ ａ ｏ ｉ ｅｆｄ ｖ ｌｐ ｄ ｓ ｆｗａｅ ｓａｅ ｍａ ｈｎｅ ｍｏ ｅ ｉ ｎ ｔｃ ｎ ｌｇ ｅ ｈ ｏｏ ｙ；ａ ｄ ｔｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｉｅｆ ｍｉ ｏ ｎ ｒ ｓｕ ｅ ｄ ｖｃ ａ ｌ ｃ ｍｍａ ｓａｅ ｓ ｐ ｏｔ ｄ ｈ ｙ ｎｄ ｒ ｕ ｐ ｒｅ ．
王 缢 叶 端 活
（ 海 工业 自动化仪 表研 究所 ， 海 上 上 ２０３ ） ０２３
摘
要 ：作 为一 种现 场总 线 ， Ａ Ｔ协议 及相 关 设备 被 广 泛地 应 用 在工 业 过 程控 制 系 统 中 。Ｈ Ｒ Ｈ Ｒ Ａ Ｔ协 议 自身也 在 不 断 发 展 ， 别 是 特
的下一个高速发展 阶段是 什么？Ｈ Ｆ给 了我们 答案 ， Ｃ Ｈ Ｒ Ａ Ｔ协议的生命周 期如图 １ 所示 。 Ｈ Ｒ Ａ Ｔ当前和下一 步 发展 的重点 ， 系统 的整合 是 应用 （ 如图 １ 中标 号 ２所示 ） 即在 系统 正常运行 的过 ，
１ ＨＡ Ｔ第 ６版简 介 Ｒ
基于HART 6的智能压力变送器设计
基于ＩｎＲＴ６的智能压力变送器设计王骏，等基于ＨＡＲＴ６的智能压力变送器设计ＤｅｓｉｇｎｏｆＳｍａｒｔＰｒｅｓｓｕｒｅＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＨＡＲＴ６互磕叶踌活（上海工业自动化仪表研究所，上海２００２３３）摘要：作为一种现场总线，ＨＡＲＴ协议及相关设备被广泛地应用在工业过程控制系统中。
ＨＡＲＴ协议自身也在不断发展，特别是第６版规范的提出，推动了ＨＡＲＴ的系统整合应用。
针对压力类仪表，采用自主的软件状态机模型技术，设计了满足ＨＡＲＴ６规范要求的智能压力变送器，并实现对压力族命令的支持。
关键词：ＨＡＲＴ智能压力变送器状态机模型设备族命令温度族中图分类号：吼１６＋．１文献标志码：ＡＡｂｓｔ髓ｃｔ：Ａｓｏｎｅｔｙｐｅｏｆｔｈｅｆｉｅｌｄｂｕ鸵ｓ－ＨＡＲＴｐｒ呻∞ｏｌａｎｄｉｔｓｒｅｌ舢ｅｄｄｅ“ｃ∞ｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙ岫ｅｄｉｎｉｎｄｍ砸ａｌｐｒｏｃ嘲ｃｏｎｈ＿ｏｌｓｙｇｌｅ眦．ＨＡＲＴＰｒｏｔｏｃｏｌｉｓｄｅｖｅｌ叩她ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ－唧ｅｃｉａｕｙＨＡＲＴ６Ｅｄｉｔｉｏｎ’８ｒ；ｅｌｅ∞吨ｐｍ啪ｔｅＢｉｒＩｔｅ眦ｄａｐｐｌｉｃ鲥。
哪．ＡｉｍｉＩＩｇａｔｎｌｅｐ啷ｓｍ“８ｔ兀ｌｍｅｍｓ－ｉｍｅＵｉｇｅｎｔｐ陀蟠ｕ陀ｔｒ】蛐８血ｔｔｅｒｍｅｅｔｉｎｇＨＡＲＴ６ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｉｏｎｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙａｄｏｐｔｉｎｇ舱堆ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ８０ｆｈａ陀ｓ组ｔｅｍａｃｈｉｎｅｍｏｄｅｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；粕ｄｔｈｅｐｒｅ鹤ｕ弛ｄｅｖｉｃｅｆ抽坶ｃｏ咖柚ｄｓａ咒ｓｕｐｐｏ毗ｄ．Ｋｅｙ啪ｒｄｓ：ＨＡＲＴＳｍａｎｐｒｅ蛐啪ｔｍ璐ｎｌｉｎｅｒＳｔａｔｅｍａｃｈｉ鹏ｍｏｄｅｌＤｅ“ｃｅｈＩＩＩｉｌｙｃｏｍｍｎｄｓＴｅｍ”ｍｔ眦ｈＩＩＩｉｌｙＯ引言姒ＲＴ（ｈｉｇｈｗａｙａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅｒ；ｅ啪ｔｅ咖ｓｄｕｃｅｒ）规范，作为一种现场总线，因为与现有控制系统具有良好的兼容性，同时叠加了数字通信方式，因此，成为了应用最广泛的现场总线协议标准之一…。
基于HART协议的智能压力变送器的设计与实现
ｐ ｏｏ ｏ ｎ ｏ ｋ ＭＳ ４ ０ ４ ５ ａ ｈ ｅ ｔ ｏ ｔ ｌ ｒｗ ｓｄ ｓ ｎ ｄ Ｔ ｅｔ ｙｖ ｌ ｇ ｉｎ ｌ ｕ ｐ ｔ ｄ ｂ ｈ ｉ ｃ ｎ ｐ ｅ ｏ ｅ ｉｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌ ｄ ｔｏ Ｐ ３ Ｆ ３ ｓｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ａ ｅ ｉ ｅ ． ｈ ｉ ｏ ｔ ｅ ｓ ａ ｔ ｕ ｔ ｙ ｔｅ ｓｌ ｏ — ｉ ｚ ｒ ｓｓｉ ａ ｌ ａ ｏｅ ｇ ｎ ａ ｇ ｏ ｅ ｉ ｖ ｔ ｓ ｕ ｅ ｓ ａ ｌ ｅ ｎ ｈ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｂ ｈ Ｐ ３ Ｆ ３ ｎ ｅｎ ｌ ２ ｂ ｔ ／Ｄ ｃ ｎ ｅ ｅ ． ｒ ｄ ｃ ｒｗａ ｍｐ ｉ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｕ ｅ ｙｔ ｅ ＭＳ ４ ０ ４ ５ ｉｔ ｒ ａ － ｉ Ａ ｏ ｖ ｆ ｒ ＨＡＲＴ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｍｏ ｕｅ ｗ ｓ ｎ ａ ｉ ｆ １ ｌ ｏ ｎ ｃ ｔ ｄ ｌ ａ ｏ
关 键 词 ： Ａ Ｔ协 议 ； 力 变送 器 ； 能 化 ； Ｐ ３ Ｆ ３ Ｈ Ｒ 压 智 ＭＳ ４ ０ ４ ５
中图分类号 ：Ｐ １ Ｔ ２６
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ：０ ２—１４ （ ０９ ０ ０ １ ０ １０ ８ １ ２ ０ ）０— ０ ５— ３
Ｄｅ ｉｎ ａ ｄ Ｉ ｐｌｍ ｅ ａ ｉｎ ｆＩ ｔ ｌｉｅ ｅ ｓ ｒ ｓｇ ｎ ｍ ｅ ｎｔ ｔｏ ｏ ｎ ｅｌ ｎｔＰｒ ｓ ｕ ｅ ｇ Ｔｒ ｎｓ ｉｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ Ｈ ＡＲＴ ｏ ｏ ｏ ａ ｍ ｔｅ ｓ ｄ ｏ Ｐｒ ｔ ｃ ｌ
理 器 内部 １ ２位 Ａ Ｄ 的 测 量 ， Ａ Ｔ协 议 通 信 模 块 由 Ａ １ １ Ｔ 型 Ｈ Ｒ ／ Ｈ Ｒ ５ ９ ＨＲ Ａ Ｔ调 制 解 调 器 与 Ａ ４ １电 流 环 数 模 转 换 器 构 成 。 Ｄ２
基于HART协议的智能压力变送器通信模块的研究
基于H A R T协议的智能压力变送器通信模块的研究辛晓龙(哈尔滨理工大学黑龙江哈尔滨150040)[摘要]详细介绍H从T通信的基本原理。
提出以微处理器m sp430单片机为核心。
以调制解调芯片H T20c15为通信芯片的通信模块的设计。
[关键词]H A RT协议频移键控串行通信中图分类号：TN91文献标识码：^文章编号；167卜7597(2009)0110038—01一．H A盯协谈豫介I{A R T(H i ghw ay A dd r es s ab l e R e∞t e T r ans ducer)协议即可寻址远程传感器高速通道开放通信协议，是美国Rosem en公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议．姒RT协议采用半双工通讯，参考I sO／O sI开放系统互联模跫，采用了它的简化三层模型结构，即第一层物理层、第二层数据链路层和第七层应用层。
第一层：物理层。
规定了信号的传输方法、传输介质，为了实现模拟通信和数字通信同时进行而又互不干扰，姒R T协议采用频移键控技术FsK，即在4～20ⅢA模拟信号上叠加一个频率信号。
频率信号采用Bel l202国际标准，数字信号的传送波特率设定为1200bps，1200H z代表逻辑“1”，2200H z代表逻辑“O”，信号幅值0．5m A。
由于FSK信号的平均值为O，所以不影响传送给控制系统的模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性[1]。
第二层：数据链路层。
规定了H A R T帧的格式，实现建立、维护、终结链路通讯功能。
姒R T协议根据冗余检错码信息．采用自动重复请求发送机制，消除由于线路嗓音或其他干扰引起的数据通讯出错，实现通讯数据无差错传送．第七层：应用层。
为}i A RT命令集，用于实现}I A R T指令。
命令分为三类，即通用命令、普通命令和专用命令。
=、智能变送器的硬件设计智能现场仪表要求使用4～20ⅢA传统传送测量结果，使用f i A R T协议数字通信的方式和控制设备交换仪表设置参数、中间测量数据、校准参数等信息。
基于HART协议的智能压力变送器
收稿日期:2006-07-13 收修改稿日期:2006-10-20基于HART 协议的智能压力变送器郝 靖,李 擎,杨 磊(北京信息工程学院,北京 100101) 摘要:H ART 协议是由模拟系统向数字系统转变过程中唯一向后兼容的智能仪表解决方案,它在兼顾现场总线优点的同时,保留了对现有4～20mA 系统的兼容性,具有较高的应用价值。
介绍了一种基于H ART 协议的C DS -3151G P 智能压力变送器的工作原理,论述了如何应用HK-H ART 232组态/调试系统对C DS -3151G P 智能压力变送器进行组态、标定、诊断和检测。
关键词:H ART 协议;智能压力变送器;现场总线;组态/调试系统中图分类号:TP216 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2007)02-0016-02I ntelligent Pressure Transmitter B ased on H art ProtocolH AO Jing ,LI Qing ,Y ANGLei(B eijing I nform ation T echnology I nstitute ,B eijing 100101,China)Abstract :The H ART protocol provides a uniquely backward compatible s olution for smart instrument in the process of changing from analog systems to digital systems.It has the merits of fieldbus as well as remaining the compatibility of existing 4～20mA systems and has preferable application values.Introduced w orking principle of C DS -3151G P intelligent pressure transmitter based on H ART protocol and specifies the methods of con figuration ,demarcation ,diagnosis and detection for the C DS -3151G P intelligent pressure transmitter using the HK-H ART 232con figuration/debug systems.K ey w ords :H ART protocol ;intelligent pressure transmitter ;fieldbus ;con figuration/debug systems 0 引言随着电子技术和计算机技术的发展,特别是现场总线的问世,促使新型的全数字智能仪表逐渐取代传统的模拟仪表,并且在性能上不断向高精确度、高可靠性、高环境适应性的方向发展,采用数字化智能仪表是发展的趋势。
基于HART协议的智能型压力变送器的设计
Ｔａｓｕｅ 协议 即可 寻址远 程传感 器 高速 通 ｒｎｄｃ￣ 道 开放 通信 协 议 ，是 美 国 Ｒ ｓｍ ｎ 公 司 于 ｏｅ ｅ ｔ １８ ９ ５年推 出 的一 种 用 于 现 场 智 能 仪 表 和 控 制室设 备 之 间的 通信 协议 。Ｈ Ｒ Ａ Ｔ协议 采 用 半 双工 通 讯 ， 考 “ ＯＯ Ｉ的模 型标 准 ， 参 Ｉ ／Ｓ” Ｓ 简 化并应 用其 中三层 即 ： 物理 层 ， 数据链 路 层 和 应 用层 ，它能 在现 有模 拟信 号传 输 线上 实现 数 字信 号通 信 ，实 现模 拟 信号 和数 字信 号兼 容 目 。 第一 层 ： 物理 层 。 这层 规定 了信 号的传 输 方 法 和传输 介 质 。Ｈ Ｔ协议 采用 Ｂ Ｌ ２ ２ ＡＲ Ｅ Ｌ ０ 标 准的频 移键 控技 术 Ｆ Ｋ，即 在 ４ ２ｍ Ｓ ～ ０ Ａ模 拟 信号 上 叠加 幅 度 为 ０ ｍ 的正 弦调 制 波 ， ． Ａ ５ 数 字 信 号 的 传 送 波 特 率 设 定 为 １０ｂ ｓ ２０ｐ ， １０Ｈ 代表逻 辑 … ’ ２０ ｚ ２０ ｚ １ ， ０ Ｈ 代表 逻 辑 … 。 ２ ０’ 由于 Ｆ Ｋ信 号的平 均值 为 ０ Ｓ ，所 以数 字 通信 信号 不会 干扰 ４ ２ ｍ － ０ Ａ的模 拟 信号 ，保 证 了 与现有 模拟 系统 的兼容性 。 Ｈ Ｒ Ａ Ｔ信号 叠加原 理如 图 １ 示 。 所
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高 新 技 术
基于 Ｈ Ｒ Ａ Ｔ协议 的智能型压力变送器 的设计
曹 伟 顾 丽
（ 尔滨 理 工 大 学 测控 技 术 与 通信 Ｘ程 学 院 ， 哈 － ． 黑龙 江 哈 尔滨 Ｉ０ ４ ） ５ ０ ０
基于HART协议的智能压力变送器的开发
引 言
伴随我国经济发展的工业化进程 ，电子与智能控制技术在 工业 控 制中所起的作 用 日渐 突出 ，而智能控制仪 器与仪表检测技术更 是工业 控制系统中一个 不可或缺的组 成部分。 数字仪表代替早期的模拟仪表 ， 体现了数字仪 表的高精 度 、 高可靠性 、 环境适应性 。由于之前模 拟仪 高 表控制系统的大量投 用 ， 考虑到成本 问题 ， 在一段时间 内数字仪 表并不 能完全取代模 拟仪表 ， 而兼 容模拟信号 和数字 信号的基于 Ｈ Ｒ 进 Ａ Ｔ协 议的智能仪表 就体现出了十分 重要的现实意义。
１ ＨＡ Ｔ协 议 简 述 、 Ｒ Ｈ ＲＴ Ｈｉ ｗ ｙ ｄｅｓｂｅＲｅ ｔ Ｔａ ｓｕ ｅ） 场 通 讯 协 议 是 由 Ａ （ ｇ ａ ｒｓａｌ ｍｏ ｒｎｄ ｃｒ现 ｈ Ａｄ ｅ
数据链路层 ， 起到接收器的作用 。 当物理层收到来 自数据链路层 的数据信息时 ，需按照 Ｈ Ｔ Ａ Ｒ协议
规范对数据 帧加 上前导码与定界 符等 ， 并对其实行数 据编码（ 彻斯 即曼 特编码）再经过发 送驱动 器 ， 所产生 的物理 信号传送 到总线 的传输 ， 把 媒体上。 物理层又从总线上接收来 自 其他设备 的物理信号 ， 对其去除前 导码 、 定界符 ， 并进行解码 ， 把数据信息送往数据链路层 。 数据链路层规定 了物理层 和应用层之 间的接 Ｌ ，同时还控制对传 Ｉ 输介质的访问 ， 决定是否可 以访问 以及何时访 问。
用层。
首先将智能压力变送器分为硬件部分与软件部分进行分别 阐述 。 ２１硬 件 部 分 ． 智能压力变送器的硬件分为检测部件和 电子部件两个部分 。 ２ ． 检测部件负责信号的采集 ，其根据传感器工作的原理不同而 ．１ １ 不同。 在工业上常用的有两种原理 的检测部件 ， 分别为 电容式传感器和 扩散硅式传感器 ； 根据采用 的原料 不同又分为金属 电容式 传感 器、 陶瓷 电容式传感 器 、 硅电容式传感器 、 硅压阻式传感器等等 。 以采用硅压阻式传感器的西 门子 Ｄ ＩＩ ＳＩ 型智能压力 变送器为例 ， 其 检测 部 件 结 构 图 如 图 ２所 示 。 １ 隔 离膜 片 、
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HART智能压力变送器的设计压力2004-12-14 16:34:03点击次数：3次崔保健，侯兴勃，才滢摘要：首先介绍了HART通信协议的原理和层次结构，针对某现场智能压力变送器设计，介绍HART调制解调器芯片SYM20C15和AD7714转换器的工作原理及其电路模块，给出其典型应用电路。
讨论了系统低功耗设计方案。
1 引言目前各种现场总线五花八门，还没有一个统一的现场总线国际标准，而正在广泛使用着的4～20mA模拟现场设备也不可能在短时间内完全由现场总线设备取代，所以，美国Rosemen公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议，即HART协议（Highway Addressable Remote Transducer Protocol，即可寻址远程传感器高速通道协议）。
并成立了HART用户集团（HART User Group），1993年又改为HART通信基金会（HART Communication Foundation）。
HART协议是一个灵巧的通讯协议（Smart Communication Protocol），目前已被认为是事实上的工业标准，并得到了广泛应用，如美国FLUKE公司专门生产开发了多种HART现场设备校验标准。
但是，HART本身还不算是现场总线，只能说是现场总线的雏形，仅仅是一个过渡性协议。
它允许模拟和数字信号通信同时进行,它的不足之处是速度较慢（1200bps），但对于普通现场测试基本满足要求。
2 HART协议简介HART协议具有与现场总线类似的体系结构及总线式数字通讯功能,采用OSI模型的第一层、第二层和第七层，由于HART协议是在4～20mA模拟信号上叠加了FSK（频移键控）数字信号，因而，模拟和数字通讯可以同时进行。
这就保证了4～20mA模拟系统与数字通信系统可以兼容，并且可以在一根双绞线上连接多台现场设备，以构成多站网络。
信号传输距离可达1500m。
数据链路层规定了通信数据的结构：每个字符由11位组成，包括1位起始位、8位数据位、1位奇偶校验位和1位停止位。
不仅每一个字节有奇偶校验，一个完整的HART数据也用一个字节进行纵向校验。
数据的有无与长短并不恒定，最长可达25字节。
应用层规定了HART命令，智能设备从这些命令中辨识对方信息的含义。
HART命令分为三类：通用命令（Universal Commands）、常用命令（Common-Practice Commands）及专用命令（Device-Specific Commands）。
第一层：物理层。
规定了信号的传输方法、传输介质，HART协议采用二进制频移键控技术FSK，即在4～20mA模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采用Be11202国际标准，数字信号的传送波特率设定为1200bps，1200Hz 代表逻辑“0”，2200Hz代表逻辑“1”，如图1所示。
由于HART协议是在4～20mA模拟信号上叠加了FSK（频移键控）数字信号，因而，模拟和数字通讯可以同时进行。
这就保证了4～20mA模拟系统与数字通信系统可以兼容，并且可以在一根双绞线上连接多台现场设备，以构成多站网络。
通信介质的选择视传输距离长短而定，最大传输距离可达到1500ｍ。
第二层：数据链路层。
规定了HART帧的格式，每个字符包括1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验位和一个停止位；HART数据的长度也是不一样的，最长的HART数据包含25个字节；实现建立、维护、终结链路通讯功能；HART 协议根据冗余检错码信息，采用自动重复请求发送机制，消除由于线路噪音或其他干扰引起的数据通讯出错。
第七层：应用层。
应用层规定了HART命令，智能设备从这些命令中辨识对方信息的含义。
HART命令分为三类：通用命令（Universal Commands）、常用命令（Common-Practice Commands）及专用命令（Device-Specific Commands）。
3 HART智能压力变送器硬件设计图2是HART智能压力变送器硬件结构设计框图。
压力传感器和模数转换器AD7714完成压力的采集和测量; HART协议由SYM20C15实现; AD421主要完成数字信号到模拟电流信号的转换，并实现上位机对变送器的主要变量、过程参数、设备组态、校准及诊断信息和测量结果的访问;24C65用来保存系统的状态信息、组态信息、过程参数和校准系数的存储。
3.1 压力采集测量压力传感器输出一般是毫伏级的微弱信号，传统的测量方法是在A/D转换之前增加一级高精度的测量放大器，因而系统较为复杂。
AD7714是美国Analog Devices公司（AD）推出的24-Bit (-( ADC家族AD771X系列中的新品，适用于低频、高精度工业级转换。
该器件具有完整的模拟前端，可以直接测量传感器输出的直流微弱信号，转换精度达到24位无误码。
采用三线串行口与微控制器或DSP系统联接，通过软件编程可以对增益、信号极性、输入通道作出设置。
该芯片具有自校准、系统校准和背景校准功能，可以消除零点误差、满量程误差及温度漂移的影响。
AD7714只需要极少的外部元件便可以构成一个高精度的测量仪表，利用串行接口可以和68HC11、8xC51等各种微处理器联接。
具体电路见图3。
图中可以看出，AD7714除了晶振和微调电容以外，几乎无需其他元件。
安装AD7714的印刷线路板，应将模拟和数字部分分隔开，限制在特定的区域内。
AGND和DGND应当一点连接，为星形接地点，尽量靠近AD7714的位置。
另外，应将模拟地布置在器件的下面，而不要将数字地布置在下面，地线和电源线尽可能粗些。
图3是压力采集电路。
3.2 HART通讯单元设计HART通信部分主要由D/A转换和Bell202 MODEM及其附属电路来实现。
其中，D/A变换作用是直接将数字信号转换成4～20mA电流输出，以输出主要的变量。
Bell202 MODEM及其附属电路的作用是对叠加在4～20mA环路上的信号进行带通滤波放大后，HART通信单元如果检测到FSK频移键控信号，则由Bell202 MODEM将1200Hz的信号解调为“1”，2200Hz信号解调为“0”的数字信号，通过串口通信交MCU，MCU接收命令帧，作相应的数据处理。
然后，MCU产生要发回的应答帧，应答帧的数字信号由MODEM调制成相应的1200Hz 和2200Hz的FSK频移键控信号，波形整形后，经AD421叠加在环路上发出。
D/A变换器采用AD421，它是美国ADI公司推出的一种单片高性能数模转换器，由环路供电，16位数字信号以串行方式输入，可以将数字信号直接转换成4～20mA电流输出。
它提供了高精度、全集成、低功耗的解决方案，采用16引脚DIP、TSSOP、SOIC封装，可实现低成本的远程智能工业控制。
AD421包括串行输入16位D/A(数字/电流)转换，除自身用电外，还提供可选择的(5V，3.3 V或3 V)稳压输出供变送器其他部分用电。
HART MODEM采用Rosemount公司的SYM20C15，是符合Bell202标准的半双工调制解调器，实现HART协议规定的数字通信的编码或译码。
该芯片专为HART仪器设计，片内集成了符合BELL202标准的调制器、解调器、时钟及定时电路、检测控制电路。
性价比较高，16脚DIP和28脚PLCC封装，在+5V供电时工作电流80μA。
SYM20C15与微控制器交换数字信号，同AD421作模拟信号接口。
它一方面与MCU的异步串行通信口进行串行通信，一方面将输入的不归零的数字信号调制成FSK信号，再经AD421叠加在4～20mA的回路上输出，或者将回路信号经带通滤波、放大整形后取出FSK信号解调为数字信号，从而实现HART通信。
图4分别是采用的AD421和SYM20C15的HART通讯电路。
3.3 功耗设计由于HART数字通信的要求，有0.5mA的正弦波电流信号叠加在4mA电流上，因此整个硬件电路必须保证在3.5mA以下还能正常工作，因此实现系统的低功耗设计非常重要。
数据存储器24LC65的功耗：读电流150μA，没有功耗问题；而写电流3mA，但是，对他的写操作一般仅用于出厂时的设置和校准检定时数据的存储，正常工作时，对24LC65仅存在读操作，这样大大降低了功耗。
AD421由4～20mA环路主电源供电，转换的5V电源为自己和24LC65及AD7714的模拟电路部分供电，设计时须留下功耗余量。
AD421工作电流为600μA，AD7714的模拟电路工作电流不超过250μA。
传感器供电电流取为1 mA，传感器的输出信号虽然减小了，但可以由AD7714转换器内部的可变增益放大器弥补。
ADS7714工作电流值小于250μA（5V供电,省电模式仅为4μA），SYM20C15的功耗电流40μA。
单片机PIC16C73的功耗在4MHz时钟、Vdd=3V时，为2.0mA；而在VDD=5V，4MHz时钟和20MHz时钟、下工作时，电流值分别为2.7mA和13.5mA。
可见适当降低单片机工作频率可使其功耗大幅度下降。
适当降低工作频率其运行速度仍远远满足变送器实时要求。
本设计单片机采用1MHz工作频率，其功耗的实验数据小于1mA。
从以上分析，电路总电流为：1＋0.25＋0.05＋1＋0.6＋0.15＝3.05,功耗小于3.2mA, 远远小于4 mA 上限，还有0.8 mA 的裕量给系统的其他电路和不确定因素引起的电流变化。
总功耗满足设计要求。
4 通信的软件设计HART通信程序也即为HART协议数据链路层和应用层的软件实现，是整个现场仪表软件设计的关键。
在HART通信过程中，主机（上位机）发送命令帧，现场仪表通过串行口中断接收到命令帧后，由MCU作相应的数据处理，产生应答帧，由MCU触发发送中断，发出应答帧，从而完成一次命令交换。
首先在上电或者看门狗复位后，主程序要对通信部分进行初始化，主要包括波特率设定、串口工作方式设定、清通信缓冲区、开中断等。
在初始化完成之后通讯部分就一直处在准备接收状态下，一旦上位机有命令发来，SYM20C15的载波检测口OCD变为低电平，触发中断，启动接收，程序就进入接收部分。
然后完成主机命令的解释并根据命令去执行相应的操作，最后按一定的格式生成应答帧并送入通信缓冲区，启动发送，完成后关闭SCI。
5 结束语由于HART众多不容置疑的优点，使得它成为全球应用最广的现场通信协议，已成为工业上实用的标准。
因此在今后很长一段时期内，HART协议产品在国内仍然具有十分广阔的市场。
以压力变送器的智能化设计为基础，针对HART 协议智能变送器的数据通信协议，考虑系统功耗要求，设计了智能压力/差压变送器应用电路，上述方法具有结构简单、工作可靠的特点，完全符合HART协议，具有较好的通用性.参考文献[1] ANALOG DEVICES Inc. AD7714.[2] 任俊，修吉平. AD7714的工作原理及其应用. 半导体技术,2002.03[3] HART调制解调器SYM20C15应用设计, [4] 沈国伟,费元春. HART通信协议在现场仪表远程通信中的实现[5] 基于HART协议的智能变送器设计, 。