Elektronika - baza wiedzy

Interface szeregowy HART


HART (ang. Higway addressable Remote Transducer) jest to nazwa systemu opracowanego przez firmę Rosemount, będącego dwuczęstotliwościowym modemem nałożonym na standardowy sygnał prądowy 4-20 [mA]. System został opracowany jako otwarty, umożliwiający jednoczesną komunikację analogową i cyfrową . Zapewnia transmisję na odległość max. 3000[m] na parze skręconych przewodów. Protokół HART´a używa modulacji częstotliwościowej FSK technicznie bazującej na standardzie komunikacyjnym Bell 202. Cyfrowy sygnał w postaci dwóch częstotliwości jest nałożony na sygnał pradowy (analogowy) 4-20[mA]. Sygnał cyfrowy używa dwóch niezależnych częstotliwości 1200[Hz] i 2200[Hz], które reprezentują wysoki i niski poziom logiczny. Ponieważ średnia wartość prądu zmiennego jest zero, cyfrowa komunikacja nie oddziaływuje na sygnał prądowy.


Z protokołem HART urządzenia mogą się komunikować na wyspecyfikowanej dwuprzewodowej sieci lub korzystając z faktu, że protokół używa systemu Bell 202, mogą dzierżawić linie telefoniczne. Interfejs dopuszcza możliwość zasilania systemu z jednego źródła przyłączonego do sieci komunikacyjnej pod warunkiem, że zapewnimy optoizolację transmiterów od sieci i liczba inteligentnych narzędzi przyłączonych do sieci nie przekroczy 15.


Protokół HART dopuszcza dwie metody cyfrowej komunikacji :

Zapytanie/odpowiedź (ang. poll/response)
Impuls (ang. burst)
Obie z tych metod dostarczają jednakowego dostępu do procesów i zachowania informacji. W metodzie ,,poll/response" urządzenie nadrzędne (ang. master) żąda informacji dla inteligentnych narzędzi i zapewnia wykonanie procesu dwa razy w ciągu sekundy. W metodzie ,,burst" proces ciągłej transmisji danych nie potrzebuje nadzorcy żądającego pozwolenia dla komunikacji i zapewnia szybkość wykonania pojedynczego cyfrowego procesu 3,7 raza na sekundę. Metoda ta nie może być używana w sieciach wielogałęziowych.


Protokół ten używa i dostosowuje się do wymagań modelu ISO/OSI na poziomie trzech warstw tego modelu : warstwie pierwszej (w.fizycznej), warstwie drugiej (w.łącza danych) oraz warstwie siódmej (w.aplikacji).

Warstwa fizyczna używa modulacji FSK na podbudowie standardu komunikacyjnego Bell 202 : szybkość transmisji 1200[bit/s], logiczna ,,1" - częstotliwość 1200[Hz], logiczne ,,0" - częstotliwość 2200[Hz].
Warstwa łącza danych specyfikuje w protokole format ramki danych. Komunikaty danych mają dwu-wymiarową kontrolę błędu, zawierającą wzdłużną i poprzeczną kontrolę parzystości dla maksymalnej integracji danych. HART komunikuje dostarczone obramowania (ang. Data Link Format) wprowadzając niezbędne adresowanie dla wielokrotnych urzadzeń nadrz23:28 5.12.98nych i sieciowych. Na poniższym rysunku przedstawiono format ramki danych protokołu HART :

Obramowanie komunikatu używane w protokole HART


FORMAT KOMUNIKATU łącza danych protokołu jest następujący : bity wstępu (trzy lub więcej heksadecymalne znaki FF)
SD - bity startu znaków (uzależnione od metody komunikacji)
AD - bity zaadresowania (pięć bajtów dla ramki długiej)
CD - bity komend protokołu HART (komendy są ukryte pod liczbami z zakresu 0 do FF (do 255))
BC - bajty zliczające (liczba znaków uzależniona od komunikatu)
bity statusu (dwa bajty tylko dla komunikatów do urządzen podrzędnych)
bity danych (format standardowej ramki dla transmisji asynchronicznej : 1 bit startu, 8 bitów danych, 1 bit parzystości, 1 bit stopu)
bity sumy kontrolnej (uzależnione od komunikatu) .

Warstwa aplikacji jest reprezentowana przez zdefiniowane komendy protokołu, przeznaczone dla nadrzędnych jednostek np. Model 268 SMART FAMILY Interface, Rosemount System3 lub RMV9000. Komendy dostarczają jednolitych i zgodnych komunikatów dla wszystkich narzędzi.
Wyróżniamy trzy klasy komend :

UNIWERSALNE (zdefiniowane dla wszystkich narzędzi w sieci, dotyczšce procesu czytania zmiennych i uniwersalnych informacji)
WSPÓLNE (przeznaczone do zapisu wspólnych parametrów i zmiany wyróżnionych parametrów)
SPECYFICZNE (przeznaczone do czytania specyficznych informacji od narzędzi oraz czytania i zapisu do bazy danych).