專利名稱：多功能hart通信接口的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種エ業(yè)自動化過程控制領域，特別涉及一種多功能HART通信接ロ。
背景技術：
HART協(xié)議作為ー個開放性的協(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増加。雖然HART儀表得到了廣泛的應用，但其數字通信能力沒有得到充分發(fā)揮，主要缺少相關的數字信號傳輸通道和應用方案。隨著HART的不斷發(fā)展，HART通信接ロ成為了ー種簡單的解決方案。但目前市面上已有的HART通信接ロ只能配合特定的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)明內容本實用新型是針對目前HART通信接ロ只能適應特定的HART主站的問題，提出了一種多功能HART通信接ロ，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。本實用新型的技術方案為一種多功能HART通信接ロ，所述位于HART現(xiàn)場設備和主站之間的多功能HART通信接ロ包括通信接ロ底板和數字板卡，通信接ロ底板包括通信接ロ模塊、電源模塊和HART通信通道，數字板卡為邏輯芯片電路板卡或者帶有MCU微處理器的數字板卡，HART現(xiàn)場設備通過HART通信通道將數據送入數字板卡進行數據處理和協(xié)議轉換后通過通信接ロ模塊與主站連接，電源模塊為通信接ロ底板上模塊提供所需電源。所述HART通信通道依次由直流隔離模塊、信號調理模塊、HART調制解調模塊組成，發(fā)送和接收的HART標準信號，HART調制解調模塊內部有整形和濾波模塊，經解調后輸出數字信號，最后以UART接ロ方式送到數字板卡。所述電源模塊通信接ロ模塊中取電源，轉換后提供各個模塊所需的電源。所述數字板卡輸出數據通過通信接ロ模塊的USB芯片模塊傳遞給USB物理層接ロ，最后通過USB物理層接ロ發(fā)送出去。本實用新型的有益效果在于本實用新型多功能HART通信接ロ，具有不同的主站通信物理接ロ，可以方便地更換為RS232、RS485、USB、藍牙中的任ー種，具有很大的物理接ロ選擇靈活性；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主站數據鏈路層，能兼容于所有HART現(xiàn)場設備。

圖I是本實用新型多功能HART通信接ロ在系統(tǒng)中的位置示意圖；圖2是本實用新型多功能HART通信接ロ系統(tǒng)結構框圖；圖3是本實用新型多功能HART通信接ロ系統(tǒng)底板的模塊圖；[0012]圖4是本實用新型多功能HART通信接ロ實施例示意圖。
具體實施方式
如圖I所示多功能HART通信接ロ在系統(tǒng)中的位置示意圖，多功能HART通信接ロ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通信接ロ之間是標準的HART通信協(xié)議104。多功能HART通信接ロ 103內置了標準的HART主站數據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，而物理接ロ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通信接ロ系統(tǒng)結構框圖，整個多功能HART通信接ロ 103由通信接ロ底板201和數字板卡202組成的。通信接ロ底板201主要包括通信接ロ模塊和調制/解調模塊，負責信號的物理連接和HART信號的調制解調；數字板卡202可以根據實際需要配置為純邏輯芯片電路板卡或者帶有MCU微處理器的數字板卡。其主要功能就是負責數據處理、協(xié)議轉換等功能，實現(xiàn)不同的主站協(xié)議，通信接ロ模塊、送數字板卡202、調制 /解調模塊順序連接。如圖3所示，整個通信接ロ底板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，從通信接ロ模塊306中取電源，轉換后提供其他各個模塊所需的電壓；第三部分是通信接ロ模塊306，建立起和主站的通信通道。圖4是本實用新型專利的ー個具體實施例的示意圖。其中HART調制解調器305選用的是A5191，通信接ロ模塊306選用的是USB芯片F(xiàn)T232BM，數字板卡內的MCU選用LPC1224FBD。主站接收現(xiàn)場HART設備數據的過程是從HART現(xiàn)場設備過來的HART信號在信號接ロ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，經解調后輸出數字信號，最后以UART接ロ方式送到ARM微處理器503。ARM微處理器403對數據進行處理后，再進行相應的協(xié)議轉換。打包封裝后的數據再通過信號接ロ底板的USB芯片模塊402傳遞給USB物理層接ロ 401，最后通過USB物理層接ロ 401發(fā)送出去?，F(xiàn)場HART設備接收主站數據的過程是從主站過來的數據先通過信號接ロ底板201上的USB物理層接ロ 401進入USB芯片402，USB芯片402通過UART形式傳給數字板卡202上的ARM處理器403。ARM處理器503解析接收到的數據送入處理器的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據送給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)送讀寫操作指令吋，由數字板202內的ARM微處理器403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微處理器的數字板卡202吋，MCU微處理器中內置了不同的通信協(xié)議棧以及標準的HART主站數據鏈路層，HART主站數據鏈路層能夠接收來自HART現(xiàn)場設備的標準HART數據幀，并經過通信協(xié)議棧處理后轉換成不同的通信協(xié)議再通過通信接ロ底板傳遞給主站應用程序，反之亦然。
權利要求1.一種多功能HART通信接ロ，其特征在于，所述位于HART現(xiàn)場設備和主站之間的多功能HART通信接ロ包括通信接ロ底板和數字板卡，通信接ロ底板包括通信接ロ模塊、電源模塊和HART通信通道，數字板卡為邏輯芯片電路板卡或者帶有MCU微處理器的數字板卡，HART現(xiàn)場設備通過HART通信通道將數據送入數字板卡進行數據處理和協(xié)議轉換后通過通信接ロ模塊與主站連接，電源模塊為通信接ロ底板上模塊提供所需電源。
2.根據權利要求I所述多功能HART通信接ロ，其特征在于，所述HART通信通道依次由直流隔離模塊、信號調理模塊、HART調制解調模塊組成，發(fā)送和接收的HART標準信號，HART調制解調模塊內部有整形和濾波模塊，經解調后輸出數字信號，最后以UART接ロ方式送到數字板卡。
3.根據權利要求I所述多功能HART通信接ロ，其特征在于，所述電源模塊通信接ロ模塊中取電源，轉換后提供各個模塊所需的電源。
4.根據權利要求I所述多功能HART通信接ロ，其特征在于，所述數字板卡輸出數據通過通信接ロ模塊的USB芯片模塊傳遞給USB物理層接ロ，最后通過USB物理層接ロ發(fā)送出去。
專利摘要本實用新型涉及一種多功能HART通信接口，包括通信接口底板和數字板卡，通信接口底板包括通信接口模塊、電源模塊和HART通信通道，數字板卡為邏輯芯片電路板卡或者帶有MCU微處理器的數字板卡，HART現(xiàn)場設備通過HART通信通道將數據送入數字板卡進行數據處理和協(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主站數據鏈路層，能兼容于所有HART現(xiàn)場設備。
文檔編號H04L12/10GK202435421SQ20122000038
公開日2012年9月12日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權日2012年1月4日
發(fā)明者朱雪峰, 李格非, 陳俊杰 申請人:上海工業(yè)自動化儀表研究院