【电气学习六】HART仪表与HART信号

学习使人快乐

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前言

在使用仪表的时候，我们常常会听到HART协议，那么这个HART协议究竟是什么？HART仪表又长什么样呢？

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一、HART仪表是什么？

HART仪表即为带有HART协议的智能仪表。
简单的看有电源模块。传感器接口、MCU、A/D模块、D/A模块、hart通信电路。
现场仪表安装有时位置不太理想，不便于就地调试参数，只要是HART协议智能仪表则可远程调试，只要有一台HART协议手操器。

途中手操器挂在250欧姆电阻两端，因为变送器的通讯信号是叠加在电流中的，手操器接受的是信号中的电压脉动成分，所以必须要有一个电阻将电流中的脉动转换成电压脉动，手操器才能识别。但工作状态下手操器直接挂在HART协议仪表两端，不必借助250欧姆通讯。

二、HART协议

1.什么是HART协议？

HART（可寻址远程传感器高速通道协议）是一种双向协议，用于促进智能变送器和主机控制系统之间的通信。在 HART 通信过程中，器件间传输的信息包括诊断数据、校准数据、故障排除信息及变送器读数等内容。例如，温度传感器可以向 ADC 发送 7mA 信号，该信号代表 80 华氏度的温度读数。HART 协议可帮助系统操作人员无需亲临现场寻找并测试设备，即可在工厂自动化环境中监测多台设备。HART 实现的增强通信能力有助于提高工作效率并预测潜在故障，进而节省设计人员的时间和成本。

2.HART协议的工作原理

• HART 传输是叠加在 4mA 至 20mA 信号上的移频键控 (FSK) 信号。
• HART同时也是半双工模式，意味着主机可以与现场变送器通信，反之亦然。
• 现场器件向模拟输入模块中的数据转换器发送称为主变量 (PV) 的4mA 至 20mA 模拟信号，该信号反映了现场器件所测量的内容（例如温度、流量或压力）。
• 像 DAC8740H 这样的 HART调制解调器使用移频键控 (FSK) 来对 1.2kHz 或 2.2kHz 信号进行调制/解调，分别代表数字信号中的 1 和0。数字信号包含来自主机和现场变送器的各类信息，其中包括器件状态、诊断数据以及其他测量或计算值。
  

3.HART协议的特点

• 兼容性：HART协议可以用于连接所有类型的现场仪表，包括温度、液位、压力、流量、分析仪等。
• 可靠性：HART协议具有全双工通信能力，设备可以在发送和接收时同时进行，保证了通信的可靠性。
• 易用性：HART协议可以通过现有的4-20mA信号传输，无需增加额外的硬件和电缆，使用方便。

4.HART协议的命令格式

HART协议使用OSI标准的第一层物理层、第二层数据链路层和第七层应用层。HART协议是一种主从协议，规定了传输的物理形式、 消息结构、数据格式包括一系列操作指令，HART协议支持双主站，一对电缆线上最多可以连接15个从设备。
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5.无源信号与有源信号的定义

对于电流信号而言，若设备有独立的工作电源线，那它提供的信号输出(比如4-20mA)为有源信号；若设备本身无独立工作电源，它提供的信号为无源信号。三线制仪表、四线制仪表的输出信号为有源信号，二线制仪表输出为无源信号。

6.如何采集无源信号和有源信号？

①对于有源信号的采集很简单，首先要接通信号源设备的电源(通常有三线制和四线制两种)让设备正常工作，其次将采集设备输入接口的正端和负端分别与信号源设备的正端和负端对应连接行。

②对于无源信号的采集，首先需要一个直流24V电源(因为提供无源信号的二线制仪表无独立的工作电源，当它需要输出4-20mA信号时，它的工作电压需要外部设备来提供。这个DC24V电源可以是独立电源，也可以是无源信号采集设备配电功能提供)；其次二线制仪表、DC24V电源和无源信号采集设备三者之间的应形成正确回路：DC24V电源正极接二线制仪表4-20mA输出的正极，二线制仪表4-20mA输出的负极接入采集设备4-20mA信号输入端正极，采集设备4-20mA信号输入端负极接DC24V电源负极，这样就形成完整的回路。

参考

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