專利名稱：多功能hart通信接口的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)自動化過程控制領域，特別涉及一種多功能HART通信接口。
背景技術：
HART協(xié)議作為一個開放性的協(xié)議，現(xiàn)已成為智能儀表“事實上”的標準。從美國權威的自動化市場分析報告來看，目前全球智能化儀表、特別是符合HART協(xié)議智能儀表的需求量仍在逐年增加。雖然HART儀表得到了廣泛的應用，但其數(shù)字通信能力沒有得到充分發(fā)揮，主要缺少相關的數(shù)字信號傳輸通道和應用方案。隨著HART的不斷發(fā)展，HART通信接口成為了一種簡單的解決方案。但目前市面上已有的HART通信接口只能配合特定的HART主站，難以適應目前多種通信協(xié)議主站并存的局面。

發(fā)明內容
本發(fā)明是針對目前HART通信接口只能適應特定的HART主站的問題，提出了一種多功能HART通信接口，可將HART現(xiàn)場設備連接到多種特定的通信主站，增加HART現(xiàn)場設備的應用范圍，提高靈活性。本發(fā)明的技術方案為一種多功能HART通信接口，包括通信接口底板和數(shù)字板卡，通信接口底板包括通信接口模塊、電源模塊和HART通信通道，所述多功能HART通信接口中的數(shù)字板卡為邏輯芯片電路板卡或者帶有MCU微處理器的數(shù)字板卡，HART現(xiàn)場設備通過HART通信通道將數(shù)據(jù)送入數(shù)字板卡進行數(shù)據(jù)處理和協(xié)議轉換后通過位于底板的通信接口模塊與主站連接，電源模塊為通信接口底板上模塊提供所需電源。所述數(shù)字板卡輸出數(shù)據(jù)通過通信接口模塊的USB芯片模塊傳遞給USB物理層接口，最后通過USB物理層接口發(fā)送出去。所述數(shù)字板卡接收HART通信通道來的標準HART數(shù)據(jù)幀按上層通信協(xié)議格式要求進行打包或拆包處理后進行轉發(fā)；所述數(shù)字板卡接收HART通信通道來的HART命令及包含的數(shù)據(jù)映射為上層通信協(xié)議的數(shù)據(jù)或協(xié)議格式進行轉發(fā)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明多功能HART通信接口，具有不同的主站通信物理接口，可以方便地更換為RS232、RS485、USB、藍牙中的任一種，具有很大的物理接口選擇靈活性；實現(xiàn)多種主站協(xié)議和HART現(xiàn)場總線的無縫連接，使HART設備能夠更加方便的接入現(xiàn)有主站系統(tǒng)；內建完整的HART主站數(shù)據(jù)鏈路層，能兼容于所有HART現(xiàn)場設備。


圖1是本發(fā)明多功能HART通信接口在系統(tǒng)中的位置示意圖； 圖2是本發(fā)明多功能HART通信接口系統(tǒng)結構框圖3是本發(fā)明多功能HART通信接口系統(tǒng)底板的模塊圖； 圖4是本發(fā)明多功能HART通信接口協(xié)議轉換過程示意圖； 圖5是本發(fā)明多功能HART通信接口實施例示意圖。
具體實施例方式如圖1所示多功能HART通信接口在系統(tǒng)中的位置示意圖，多功能HART通信接口 103能夠建立起HART現(xiàn)場設備105和主站101之間的通信。HART現(xiàn)場設備和多功能HART 通信接口之間是標準的HART通信協(xié)議104。多功能HART通信接口 103內置了標準的HART 主站數(shù)據(jù)鏈路層和其他標準的主站協(xié)議棧，能夠把HART協(xié)議轉成各種類型的主站所能識別的標準的通信協(xié)議102，如MODBUS、HART、TCP/IP等，而物理接口也可以選擇不同的類型如 RS232、RS485、USB、藍牙等。如圖2所示多功能HART通信接口系統(tǒng)結構框圖，整個多功能HART通信接口 103 由通信接口底板201和數(shù)字板卡202組成的。通信接口底板201主要包括通信接口模塊和調制/解調模塊，負責信號的物理連接和HART信號的調制解調；數(shù)字板卡202可以根據(jù)實際需要配置為純邏輯芯片電路板卡或者帶有MCU微處理器的數(shù)字板卡。其主要功能就是負責數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉換等功能，實現(xiàn)不同的主站協(xié)議，通信接口模塊、送數(shù)字板卡202、調制 /解調模塊順序連接。如圖3所示，整個通信接口底板201是由三大部分組成第一部分是HART通信通道，主要用來傳輸HART數(shù)字信號，由直流隔離模塊303、信號調理模塊304、HART調制解調模塊305組成，確保發(fā)送和接收的HART信號都是標準的信號，同時HART信號在發(fā)送和接收時都可以通過LED模塊302來指示；第二部分是電源模塊301，從通信接口模塊306中取電源，轉換后提供其他各個模塊所需的電壓；第三部分是通信接口模塊306，建立起和主站的通信通道。圖4是本發(fā)明多功能HART通信接口協(xié)議轉換過程示意圖，實現(xiàn)HART現(xiàn)場總線和主站協(xié)議轉換。HART現(xiàn)場設備105過來的標準HART數(shù)據(jù)幀經過HART主站數(shù)據(jù)鏈路層404和 HART應用層407的命令解析后，有兩條路徑可以選擇，一個是透傳模塊403，能將完整的現(xiàn)場HART通信報文作為上層通信協(xié)議的一個數(shù)據(jù)包進行轉發(fā)；另一條是協(xié)議轉換模塊406， 此時將HART命令及包含的數(shù)據(jù)映射為上層通信協(xié)議的特定數(shù)據(jù)或協(xié)議格式進行轉發(fā)。經過處理后的數(shù)據(jù)最后通過通信接口模塊306傳給主站101。圖5是本發(fā)明專利的一個具體實施例的示意圖。其中HART調制解調器305選用的是A5191，通信接口模塊306選用的是USB芯片F(xiàn)T232BM，數(shù)字板卡內的MCU選用 LPC1224FBD0主站接收現(xiàn)場HART設備數(shù)據(jù)的過程是從HART現(xiàn)場設備過來的HART信號在信號接口底板中通過直流隔離模塊303，去掉4-20mA直流成分，再經過信號調理模塊304到達 HART調制解調模塊305，HART調制解調模塊305內部有整形和濾波模塊，經解調后輸出數(shù)字信號，最后以UART接口方式送到ARM微處理器503。ARM微處理器503對數(shù)據(jù)進行處理后， 再進行相應的協(xié)議轉換。打包封裝后的數(shù)據(jù)再通過信號接口底板的USB芯片模塊502傳遞給USB物理層接口 501，最后通過USB物理層接口 501發(fā)送出去?，F(xiàn)場HART設備接收主站數(shù)據(jù)的過程是從主站過來的數(shù)據(jù)先通過信號接口底板 201上的USB物理層接口 501進入USB芯片502，USB芯片502通過UART形式傳給數(shù)字板卡202上的ARM處理器503。ARM處理器503解析接收到的數(shù)據(jù)送入處理器的HART主站協(xié)議棧。HART主站協(xié)議棧進行HART協(xié)議封裝并進行時序控制后把數(shù)據(jù)送給HART調制解調器305進行信號調制，然后經過信號調理模塊304、和直流隔離模塊303后發(fā)送給現(xiàn)場HART設備。本實施例實現(xiàn)HART到MODBUS RTU的協(xié)議轉換。具體的實現(xiàn)方法是把HART儀表中的各種變量對應到MODBUS的寄存器。當MODBUS主站向特定寄存器發(fā)送讀寫操作指令時，由數(shù)字板202內的ARM微處理器503實現(xiàn)協(xié)議轉換，并與現(xiàn)場設備進行HART通信。通信結果再轉換為MODBUS的對應寄存器值并返回。當選用帶有MCU微處理器的數(shù)字板卡202時，MCU微處理器中內置了不同的通信協(xié)議棧以及標準的HART主站數(shù)據(jù)鏈路層，HART主站數(shù)據(jù)鏈路層能夠接收來自HART現(xiàn)場設備的標準HART數(shù)據(jù)幀，并經過通信協(xié)議棧處理后轉換成不同的通信協(xié)議再通過通信接口底板傳遞給主站應用程序，反之亦然。常用的通信協(xié)議可以是標準HART、M0DBUS、TCP/IP、FF、Profibus等。協(xié)議的轉換方法可以是
1)將完整的現(xiàn)場HART通信報文作為上層通信協(xié)議的一個數(shù)據(jù)包進行轉發(fā)。此時數(shù)字板卡中的MCU程序不需要進行HART應用層命令的解析，將完整的HART幀按上層通信協(xié)議格式要求進行打包或拆包處理后進行轉發(fā)；
2)將HART命令及包含的數(shù)據(jù)映射為上層通信協(xié)議的特定數(shù)據(jù)或協(xié)議格式進行轉發(fā)。 此時數(shù)字板卡中的MCU程序需要進行HART應用層命令的解析，根據(jù)解析結果將命令或數(shù)據(jù)對應到上層協(xié)議的特定數(shù)據(jù)或格式，再進行轉發(fā)。
權利要求
1.一種多功能HART通信接口，包括通信接口底板和數(shù)字板卡，通信接口底板包括通信接口模塊、電源模塊和HART通信通道，其特征在于，所述多功能HART通信接口中的數(shù)字板卡為邏輯芯片電路板卡或者帶有MCU微處理器的數(shù)字板卡，HART現(xiàn)場設備通過HART通信通道將數(shù)據(jù)送入數(shù)字板卡進行數(shù)據(jù)處理和協(xié)議轉換后通過位于底板的通信接口模塊與主站連接，電源模塊為通信接口底板上模塊提供所需電源。
2.根據(jù)權利要求1所述多功能HART通信接口，其特征在于，所述數(shù)字板卡輸出數(shù)據(jù)通過通信接口模塊的USB芯片模塊傳遞給USB物理層接口，最后通過USB物理層接口發(fā)送出去。
3.根據(jù)權利要求1所述多功能HART通信接口，其特征在于，所述數(shù)字板卡接收HART通信通道來的標準HART數(shù)據(jù)幀按上層通信協(xié)議格式要求進行打包或拆包處理后進行轉發(fā)； 所述數(shù)字板卡接收HART通信通道來的HART命令及包含的數(shù)據(jù)映射為上層通信協(xié)議的數(shù)據(jù)或協(xié)議格式進行轉發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多功能HART通信接口，包括通信接口底板和數(shù)字板卡，通信接口底板包括通信接口模塊、電源模塊和HART通信通道，數(shù)字板卡為邏輯芯片電路板卡或者帶有MCU微處理器的數(shù)字板卡，HART現(xiàn)場設備通過HART通信通道將數(shù)據(jù)送入數(shù)字板卡進行數(shù)據(jù)處理和協(xié)議轉換后通過通信接口模塊與主站連接，電源模塊為通信接口底板上模塊提供所需電源。具有不同的主站通信物理接口，可以方便地更換為RS232、RS485、USB、藍牙中的任一種，具有很大的物理接口選擇靈活性；實現(xiàn)多種主站協(xié)議和HART現(xiàn)場總線的無縫連接，使HART設備能夠更加方便的接入現(xiàn)有主站系統(tǒng)；內建完整的HART主站數(shù)據(jù)鏈路層，能兼容于所有HART現(xiàn)場設備。
文檔編號H04L29/08GK102523310SQ201210000219
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權日2012年1月4日
發(fā)明者陳俊杰 申請人:上海工業(yè)自動化儀表研究院