普通變送器的HART改造

　　摘要：ＨＡＲＴ協(xié)議是一種過渡現(xiàn)場總線，既保留模擬信號又可進(jìn)行數(shù)字通訊，目前具有ＨＡＲＴ通訊功能的變送器在市場上很有競爭力。本文介紹了一種方便可行的對現(xiàn)有普通變送器的技shu改造方法，使其具有ＨＡＲＴ數(shù)字通訊能力。

　　關(guān)鍵詞：ＨＡＲＴ  變送器  中央處理單元

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

　　隨著電子半導(dǎo)體器件的發(fā)展，化、網(wǎng)絡(luò)化成為過程自動化現(xiàn)場變送器的發(fā)展方向�，F(xiàn)場總線技shu的發(fā)展和成熟為過程自動化的發(fā)展描繪了一幅美麗的前景。目前，ＦＦ總線（基金會現(xiàn)場總線）、ＰＲＯＦＩＢＵＳ總線在國內(nèi)的過程自動化領(lǐng)域都有比較成功的應(yīng)用范例。ＨＡＲＴ協(xié)議現(xiàn)場總線作為一種過渡的總線技shu，在保留傳統(tǒng)模擬變送器標(biāo)準(zhǔn)４~２０ｍＡ電流信號的基礎(chǔ)上增加了通訊的功能。ＨＡＲＴ變送器既可以接入ＤＣＳ系統(tǒng)，又可以通過總線通訊組成完整的ＦＣＳ（ＦＩＥＬＤＢＵＳ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ）系統(tǒng)，同時還可以通過手持終端在線調(diào)整變送器參數(shù)。由于ＨＡＲＴ變送器具有上述的多種靈活性，在目前的變送器市場中，ＨＡＲＴ變送器占有很大的份額。

  　面對目前的市場競爭，國內(nèi)眾多的變送器生產(chǎn)廠家都把變送器的ＨＡＲＴ化改造作為技shu革新的方向；力爭通過ＨＡＲＴ變送器的推出進(jìn)一步開拓市場。

  　如何實現(xiàn)變送器的ＨＡＲＴ化改造成為擺在眾多變送器生產(chǎn)廠家面前的一個問題。尤其是對一些已經(jīng)化改造、但不能完成總線通訊的變送器，怎樣在bao證現(xiàn)有產(chǎn)品相對du立性的基礎(chǔ)上添加ＨＡＲＴ通訊功能，很多技shu人員都在研究。

  　一些技shu人員存在一種觀念，即一臺４~２０ｍＡ標(biāo)準(zhǔn)輸出的兩線制變送器只需要添加一塊ＨＡＲＴ協(xié)議通訊卡就可以完成變送器的ＨＡＲＴ改造；實際上這種想法是不可行的。下面從ＨＡＲＴ協(xié)議可以實現(xiàn)的功能進(jìn)行闡述。

  　一臺符合ＨＡＲＴ協(xié)議變送器若已通過ＨＡＲＴ基金會的應(yīng)用層測試，應(yīng)該可以通過ＨＡＲＴ通訊完成一些zui常規(guī)的功能，包括：

　 * 讀取變送器測量動態(tài)變量，如主變量、輸出電流等；

　 * 設(shè)定變送器處于多點（輸出電流固定）或者單點（輸出電流４~２０ｍＡ）模式；

　 * 設(shè)定、讀出bi要的變送器管理信息；

　 * 讀出變送器所連接傳感器的相關(guān)參數(shù)；

　 * 獲得變送器的生產(chǎn)廠商、設(shè)備類型、ＨＡＲＴ協(xié)議版本等基本信息。

  　如上所述，可以通過ＨＡＲＴ協(xié)議對變送器的電流輸出進(jìn)行控制，也就是說電流環(huán)路輸出與ＨＡＲＴ通訊模塊是一個整體，不可分割。因此，上面提及的改造模式對于兩線制變送器來說是不能實現(xiàn)的。

  　一般來講，除了上述zui基本的功能外，符合ＨＡＲＴ協(xié)議變送器還可以通過ＨＡＲＴ通訊完成其他幾項功能：

 　* 設(shè)定變送器測量量程

 　* 設(shè)定變送器輸出阻尼

 　* 完成傳感器的線性化

  　本文下面介紹一種比較簡單的方法，可以實現(xiàn)普通變送器的ＨＡＲＴ改造。實現(xiàn)方法的具體功能框圖如下：

  　原有的變送器電子板中剔除電流輸出控制模塊，保留傳感器激勵、傳感器信號采集、信號運算處理等功能模塊（本文以下將保留部分簡稱為“信號采集處理模塊”）。ＨＡＲＴ通訊模塊的中央處理單元（ＣＰＵ）與信號采集處理模塊中的中央處理單元（ＣＰＵ）直接串行傳遞數(shù)據(jù)。對于信號采集處理模塊中的ＣＰＵ而言，原用于控制電流輸出的Ｉ／Ｏ口線可轉(zhuǎn)而用于ＣＰＵ通訊，基本不增加硬件負(fù)擔(dān)。ＣＰＵ的軟件中也相應(yīng)的去除控制電流輸出的程序，添加用于ＣＰＵ之間串行傳遞數(shù)據(jù)的功能模塊。

  　對于ＨＡＲＴ通訊模塊而言，不發(fā)生ＨＡＲＴ通訊時，周期性通過ＣＰＵ之間的數(shù)據(jù)傳遞從信號采集處理模塊讀取動態(tài)變量；發(fā)生ＨＡＲＴ通訊時，不定期的通過ＣＰＵ之間的數(shù)據(jù)傳遞設(shè)定變送器的運算、控制參數(shù)。在雙ＣＰＵ的數(shù)據(jù)傳遞中，ＨＡＲＴ通訊模塊中的ＣＰＵ處于支配地位，負(fù)責(zé)啟動數(shù)據(jù)傳遞及驗證數(shù)據(jù)傳遞的正確性。

  　對于一些ＨＡＲＴ協(xié)議規(guī)定的與變送器動態(tài)變量運算、輸出無關(guān)的管理信息等通訊參數(shù)，ＨＡＲＴ通訊模塊可以du立處理，無需啟動雙ＣＰＵ之間的數(shù)據(jù)傳遞。一些bi需雙ＣＰＵ數(shù)據(jù)傳遞的變送器參數(shù)在下面列出：測量動態(tài)變量（包括主變量、輸出電流數(shù)值等）、量程、輸出阻尼、傳感器線性化參數(shù)等。對于不同種類的變送器，需要傳遞的數(shù)據(jù)也有很大的不同，多則數(shù)十個，少則幾個。

  　用于實現(xiàn)雙ＣＰＵ之間串行數(shù)據(jù)傳遞的方法有很多，本文介紹一種適用于我們需要的主從式數(shù)據(jù)傳遞模式。

數(shù)據(jù)傳遞功能：

　　主ＣＰＵ讀取從ＣＰＵ指定參數(shù)（在物理上可以表現(xiàn)為存儲空間地址）的數(shù)據(jù)，或者將數(shù)據(jù)寫入從ＣＰＵ的指定參數(shù)。

通信接口：

　　兩塊ＣＰＵ之間通過四根口線連接，分別定義為：ＣＬＫ、ＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ２、ＣＯＮＴＲＯＬ；主ＣＰＵ全bu采用普通Ｉ／Ｏ口線，從ＣＰＵ除去ＣＬＫ應(yīng)用外部中斷口線外，其他三根口線也均使用普通Ｉ／Ｏ口線。主ＣＰＵ按某一周期中斷從ＣＰＵ，從ＣＰＵ接收中斷信號，并做相應(yīng)處理。

數(shù)據(jù)傳遞時序：

　　假設(shè)從ＣＰＵ的時鐘頻率為１．８４３２ＭＨＺ，Ｔ２的zui小值為２４８微妙；Ｔ１＋Ｔ２的zui小值為 ３１２．５ 微妙。

　　為確保數(shù)據(jù)傳遞的可kao性，主ＣＰＵ向從ＣＰＵ寫入數(shù)據(jù)時，可以通過先寫入，后讀出，比較數(shù)據(jù)是否相同；主ＣＰＵ由從ＣＰＵ讀出數(shù)據(jù)，可以連續(xù)讀取兩次，比較數(shù)據(jù)是否相同。若不同，則連續(xù)執(zhí)行寫入或者讀出操作。

　　總之，通過上面談到的ＨＡＲＴ通訊模塊與信號采集處理模塊之間ＣＰＵ數(shù)據(jù)傳遞的模式對現(xiàn)有的普通變送器進(jìn)行ＨＡＲＴ改造，只需要對原變送器的電子板做微小的改動，實現(xiàn)周期短，可以比較快的將新產(chǎn)品推向市場。當(dāng)然，在實際改造過程中，也有許多的具體問題需要仔細(xì)考慮，如信號采集處理模塊的功耗、雙方數(shù)據(jù)傳遞的具體參數(shù)定義等。這時，只能根據(jù)實際情況把握。