1.HART協議要點回顧

HART協議是眾多適用于流程工業的現場總線之一，物理層有RS-485、FSK（移頻鍵控）、PSK（相移鍵控）、IEEE 802.15.4(工業無線)、IEEE 802.3（以太網）、IR（紅外）。其中以兼容4～20mA的FSK物理層應用最為廣泛?；赗S-485、FSK、PSK、IR物理層的主站，執行簡易令牌機制的鏈路層，主站與從站之間是應答式的鏈路層?；贗EEE 802.15.4物理層的WirelessHART執行TDMA（時分多址訪問）鏈路層?；贗EEE 802.3物理層的HART IP執行以太網的載波偵聽/沖突避免鏈路層。

HART協議應用層以必須支持的通用命令、可選的常用命令、自定義的特殊命令為基礎，傳遞數據與狀態信息。目前，要求設備制造商必須提供基于電子設備描述文件的現場設備集成（FDI）文件包，用于HART主控系統或其它主控設備的集成應用。設備DTM是設備制造商可選擇提供的，在個別主控系統中是必須提供的設備類型管理器，用于設備的集成應用、高級診斷、資產管理。

HART協議數據通信以主站請求、從站回復為主要方式，為提高傳送效率、節省主站請求環節、降低節點功耗等，對于固定格式的數據與狀態信息規定了從站主動發起的、傳送數據與狀態信息的方式，即突發（Burst）模式。

2.突發（Burst）工作模式

為了支持數據與診斷信息從現場設備到主控設備的定期傳輸，HART協議的數據鏈路層定義了一種操作模式。在這種工作模式下，現場設備可以定期的 將信息廣播到通信鏈路上。當一個現場設備在不需要主控設備連續輪詢的情況下，同步循環廣播數據與診斷信息時，它被稱為處于突發（burst）模式。在有線HART通信鏈路上，無論有多少臺現場設備，只允許一臺現場設備處于突發（burst）工作模式。WirelessHART現場設備都處于突發（burst）工作模式，但在時分多址（TDMA）通信鏈路層的同一時隙、同一信道，只有一臺現場設備處于發送狀態。

突發（Burst）模式設備的英文描述是“Burst-Mode Device”。這是一種定期提供過程數據與診斷信息的數字響應設備，它是獨立的廣播設備，它的工作模式是由主站設備配置的。

3.突發（Burst）工作模式的組態內容

突發（Burst）工作模式支持使用“突發”消息周期性發布過程數據。在此模式下，現場設備被指示連續發布過程數據與狀態信息，而不需要主站任何進一步的操作。主站通過以下命令對現場設備進行該工作模式的組態。

l 命令103 寫入突發周期；

l 命令104 寫入突發觸發模式；

l 命令105 讀取突發模式配置；

l 命令107 寫入突發設備變量；

l 命令108 寫入突發模式命令編號；

l 命令109 突發模式控制；

此外，有兩條命令是專門為I/O系統和WirelessHART適配器設計的：

l 命令101 讀取子設備以突發消息；

l 命令102 將子設備映射到突發消息。

此外，實現突發模式的設備必須組態至少3個突發消息。每個突發消息必須允許不同的配置。每個突發消息可以是不同的命令、觸發條件、更新周期、設備變量集等。

3.1 組態突發（Burst）周期：

主站通過103號常用命令對設備的突發（Burst）周期進行組態，組態最短突發周期與最長突發周期。其中，最短突發周期的極限值在不同的物理層有不同要求，見下表。

Minimum Update Rates Allowed by Physical Layer(in Seconds)

最長突發周期不得超過3600秒，可在下表中不短于最短突發周期的選項中選擇。

Update Periods Allowed(in Seconds)

只要滿足命令104中的觸發條件，設備就必須以最短突發周期發布Burst信息。當不滿足命令104中配置的觸發條件時，現場設備必須以最長突發周期發布Burst信息。

3.2 組態Burst觸發模式：

主站通過104號常用命令對設備的Burst觸發模式進行組態，觸發模式分為以下5種：

l 連續觸發模式（Continuous）：不斷的突發消息以最短突發周期連續發布。

l 窗口觸發模式（Window）：當源值偏離并超過指定的窗口值時，以最短突發周期發消息。

l 上升觸發模式（Rising）：當源值上升到指定的觸發值以上時，以最短突發周期發消息。

l 下降觸發模式（Falling）：當源值低于指定的觸發值時，以最短突發周期發消息。

l 改變觸發模式（On-Change）：當消息中的任何值發生變化時，以最短突發周期發消息。

對于I/O系統，當突發消息源自子設備時，如果子設備中的工程單位發生變化，則突發消息必須以命令103中指定最短突發周期發布。

3.2.1. 窗口觸發模式（Window）

窗口是圍繞上一次發送值的對稱窗口。當源值的偏離不大于窗口時，以“最大更新周期”發送下一次Burst信息。當源值偏離并超過指定的窗口時，以最短突發周期發送下一次Burst信息。下圖演示了window模式。

3.2.2. 上升觸發模式（Rising）

當源值不超過指定的觸發值（Trigger Level）時，以“最大更新周期”發送下一次Burst信息。一旦超過Trigger Level，更新時間就會改變。只要源值保持在觸發級別之上，burst消息將以更新周期所指示的速率發布。如果該值低于觸發值，則更新時間將下降到最大更新周期。

3.2.3. 下降觸發模式（Falling）

當源值低于指定的觸發值時觸發burst消息。burst消息將以更新周期所指示的速率發布，否則更新時間將下降到最大更新周期。

3.2.4. 發生變化觸發模式（On-Change）

當突發消息中的任何值發生變化時觸發burst消息，burst消息將以更新周期所指示的速率發布，否則更新時間將下降到最大更新周期。

3.3 組態Burst設備變量：

主站通過107號常用命令對設備的Burst設備變量進行組態。設備變量被使用在burst命令9或命令33中來完成數據的上傳。主機總是在請求中發送9個數據字節來設置設備變量值。未使用的插槽將被設置為250 -“未使用”。命令33只接受最多4個插槽(即插槽0-3)，其他應該由主機設置為250 -“未使用”。在任何一種情況下，現場設備在發布命令33時都將忽略槽位4-7的設置。

最后一個字節表示該命令適用于哪條burst消息。

3.4 組態Burst設備命令號：

主站通過108號常用命令對設備的Burst命令號進行組態，即選擇設備在突發模式下發送該命令號的響應消息。命令1、2、3、9、38和48應在所有burst模式的設備中得到支持，如果命令33已在現場設備中實現，則必須添加到burst模式的命令號中。

如果觸發模式不是“連續”，并且觸發源的設備變量分類與新命令編號不匹配，則將接受新命令編號，并且響應代碼“警告-突發觸發模式已自動更改為連續觸發”。設備必須校正分類、單位代碼，重置為“連續”（觸發模式0），并在更新周期連續發布，直到接收到另一個104命令。

3.5 組態Burst模式

主站通過109號常用命令對設備的Burst模式進行組態。命令用于在設備的令牌傳遞或TDMA數據鏈路層上進入和退出突發模式。發布的響應數據字節應符合使用命令108寫入突發模式命令號和命令107寫入突發設備變量指定的字節。

延遲響應機制的響應代碼只能在啟用在TDMA數據鏈路上發布時使用。如果設備無法獲得任何帶寬來處理新啟用的突發消息，則必須返回“無可用帶寬”；如果設備能夠獲得比請求更少的帶寬，則必須返回“更新周期增加”。當關閉突發模式時，不允許延遲響應。

當不包括突發消息編號時，設備必須假設突發消息0正在激活或停用，以便在令牌傳遞數據鏈路上發布。（當接收到單個請求字節時，只有突發模式控制碼0和1有效）。

l 失能Burst功能只有一種模式，即（Off）關閉模式；（控制碼0）

l 使能Burst功能共有四種模式。

1) 物理層僅為FSK、PSK或RS-485時，選擇（Enable Burst on Token-Passing Data Link Layer only）（控制碼1）

2) 物理層僅為IEEE STD 802.15.4-2006（即支持WirelessHART通信協議）選擇（Enable Burst on TDMA Data-Link Layer only）（控制碼2）

3) 當同時兼備上述1、2模式時，選擇（Enable Burst on TDMA and Token Passing Data Link Layers）（控制碼3）

4) 當支持HART-IP時，選擇（Enable Burst on HART-IP connection）（控制碼4）

4.Burst模式設備狀態機：

名詞解釋：

l BACK（Burst Acknowledge）：在沒有相應的主設備請求(即沒有STX)的情況下發送給主設備的從設備響應。

l BT（Burst Timer）：由burst模式設備用于觸發BACK的傳輸。當BT失效（即達到0）時，發送BACK。

l RT1（Link Quiet Time）：發現鏈路上有正在進行的通信，進行退避的延時時間。

l RT2（Link Grant Time）：當不確定鏈路上是否存在通信時，需要設置此時間長度，用來檢測潛在的通信，若此時間內未檢測到通信，準備開始傳輸數據。

l STO（Slave Time-Out）：從機超時，這是從設備開始傳輸后所允許的最長時間。

4.1 接收狀態機邏輯介紹：

突發（Burst）模式設備狀態機在等待狀態時，若收到主設備發來使能突發（Burst）模式的指令時，可將BT值設置為0。即準備立即發送BACK。

突發（Burst）模式設備狀態機在等待狀態時，收到主設備發給其他從設備的請求，需要將BT值設置為與主設備相同的RT1值，在不同的物理層上，此時間設置的數值是不同的。物理層為FSK時，為33個字符時間。物理層為RS-485時，1200bps時為33個字符時間，大于1200bps時，為32ms+6個字符時間。物理層為PSK時，為42ms。在紅外物理層上時，為261ms。

突發（Burst）模式設備狀態機在等待狀態時，收到主設備發來的請求，需要將BT時間設置為0，并設置響應超時時間STO。在不同的物理層上，STO值設置的時長不同。物理層為FSK時，為28個字符時間。物理層為RS-485時，1200bps時為28個字符時間，大于1200bps時，為32ms。物理層為PSK時，為32ms。在紅外物理層上時，為30ms。狀態機轉換至過程處理態，解析請求準備響應?；貜驼_的響應后、或者通信錯誤以及回復響應超時都將再返回到等待態。

突發（Burst）t模式設備狀態機在等待狀態時，當收到的數據類型為ACK時，BT值設置為0，需設置發送超時時間(STO)。

突發（Burst）模式設備狀態機在等待狀態時，當BT值到時，需要將BT值時間設置為RT2，向第一主設備與第二主設備交替發送BACK。在不同的物理層上，STO值設置的時長不同。物理層為FSK時，為8個字符時間。物理層為RS-485時，1200bps時為8個字符時間，大于1200bps時，為3ms+6個字符時間。物理層為PSK時，為14ms。在紅外物理層上時，為7ms。其他情況則一直保持在等待態。

5.HART協議產品

目前中科博微HART協議產品有：MC0310核心板模板、G0310 Modbus轉HART網關、NCS-TT105H 雙通道智能溫度變送器、NCS-TT106H 頭部安裝智能溫度變送器、NCS-PT105II系列壓力變送器，歡迎前來咨詢。