HART協議是什么以及優缺點

HART協議是一種在4-20mA模擬信號上疊加數字信號的通訊協議，它可以實現現場設備和主機之間的雙向數字通訊，同時保證與現有模擬系統的兼容性。HART協議使用OSI標準的第一層物理層、第二層數據鏈路層和第七層應用層。HART協議是一種主從協議，支持雙主站，一對電纜線上最多可以連接15個從設備。

HART協議的物理層規定了信號的傳輸方法和傳輸介質。HART協議采用Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”。數字信號的幅度為0.5mA，數據傳輸率為1200bps。數字信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小。

HART協議的數據鏈路層規定了數據幀的格式和尋址方式。HART協議有兩種數據幀類型：長幀和短幀。長幀的地址由五個字節組成，可以表示制造商ID、設備類型和設備序列號。短幀的地址由一個字節組成，只能表示0~15的從機地址。每個數據幀由前導符、定界符、地址、命令、數據字節數、數據和校驗字節組成。校驗字節是從定界符到數據的所有字節的異或值，用于檢測數據幀是否有誤。

HART協議的應用層規定了一系列命令，分為通用命令、普通應用命令和設備專用命令。通用命令是所有設備都理解、執行的命令，如讀設備識別碼、讀基本變量等。普通應用命令是提供了大多數設備的功能命令，如設置操作變量、復位結構變化標志等。設備專用命令是為了實現某些設備中的特殊功能而制定的命令，如寫傳感器序列號等。

HART協議的通訊方式有兩種：點對點模式和多點模式。點對點模式是指主機和從機之間進行一對一的通訊，可以是問答式或突發式。問答式是指主機發送請求幀，從機回復應答幀。突發式是指從機自動連續地發送信息，無需主機請求。點對點模式下，主變量可以以模擬形式輸出，也可以以數字形式讀出。多點模式是指主機和多個從機之間進行一對多的通訊，只能是問答式。多點模式下，模擬輸出信號不再有效，系統以數字形式讀取并聯到一對傳輸線上的多個從機的信息。

HART協議具有以下優點：

- 可以在現有的4-20mA模擬信號上疊加一個高頻的數字信號，實現雙向的數字通訊，而互相之間沒有干擾。

- 可以保證與現有模擬系統的兼容性，同時提供額外的測量、過程參數、設備配置、校準和診斷信息。

- 可以實現不同廠商和設備之間的標準化和互操作性。

- 可以實現多點通信，降低布線成本和輸入接口電路，提高通信效率。

- 可以采用FSK技術和縱向奇偶校驗，具有良好的抗噪聲干擾性和數據傳輸可靠性。

HART協議也有以下缺點：

 - 數據傳輸率較低，只有1200bps。這限制了HART協議的實時性和傳輸距離。

- 數據長度也較短，最多只能傳輸25個字節。這限制了HART協議的數據量和復雜度。

- 通信方式是半雙工的，不能同時進行雙向通信。這限制了HART協議的并發性和響應速度。

- 設備數量也較少，最多只能連接15個從設備。這限制了HART協議的網絡規模和擴展性。

HART協議是一種廣泛應用于工業現場的通訊協議，它可以有效地利用現有的模擬信號線路，實現數字化的信息交換，提高現場設備的智能化水平。HART協議也在不斷地發展和完善，以適應工業現場的新需求和新挑戰。