HART,ModBus通信协议

HART,ModBus通信协议
HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。

HART 装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经过10多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。

HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。

由于FSK 信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。

在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4-20mA传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。

HART通信采用的是半双工的通信方式，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。

HART 规定了一系列命令，按命令方式工作。

它有三类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、都执行的命令；第二类称为一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现，这类命令包括最常用的的现场设备的功能库；第三类称为特殊设备命令，以便于工作在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。

在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。

HART采用统一的设备描述语言DDL。

现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。

但由于这种模拟数字混合信号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口芯片。

HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆要求，并可组成由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。

举个实际应用的例子：
HART/RS232转换器（松茂电子的SM100-A）与压力变送器通讯的指令解析
步骤1 ：HART/RS232转换器与压力变送器之间的连接按说明书上两线制连接示意图进行连接，并确认连接准确无误。

步骤2：打开HART/RS232转换器测试软件,打开串行口并连接, 进行串行口测试, HART/RS232转换器与PC机是能正常通讯。

步骤3：按下开始检测, 这个测试软件开始自动对测试仪表进行检测，测试软件上显示仪表的ID及其他参数显示出来,
指令分析：
命令格式说明如下：
起始位序文定界符地址命令数据长度校验位结束符
由于要确保待发的命令完整的发送，我们特意在标准命令格式序文前加了一个起始位"23"和在校验位后加了一个结束符"40"。

1）例如：发送读取设备序号命令23 FF FF FF FF FF 02 80 00 00 82 40
命令注解如下表所示：
起始位23 序文FF FF FF FF FF 定界符02 地址80 命令00 数据长度00 校验位82 结束符40
返回的命令格式如下表所示：
序文定界符地址命令数据长度数据校验位
返回的数据为：FF FF FF FF FF 06 80 00 0E 00 00 FE 11 0E 05 05 01 0C 08 00 5E EE 09 D5
返回数据命令注解如下表所示：
序文ff ff ff ff ff 定界符06 地址80 命令00 数据长度0E 数据00 00 FE 11 0E 05 05 01 0C 08 00 5E EE 09 D5
这里按说明书上6.1序号命查询进行协议解析。

5E EE 09 这台设备的序号
2）例如发这读设备的动态变量命令
23 FF FF FF FF 82 91 0E 5E EE 09 03 00 A7 40
返回信息为：
FF FF FF FF FF 86 91 0E 5E EE 09 03 0B 00 00 41 8C CC 2B 0C 44 54 7E C3 23
41 8C CC 2B 为当前输出电流（IEEE 754浮点格式）
0C 对应的单位
44 54 7E C3 当前的压力（IEEE 754浮点格式）
【通信模式】
HART通讯协议有三种不同的通信模式。

（1）点对点模式。

同时一根电缆线上传输4～20mA DC的模拟信号和数字信号。

（2）多点模式。

一根电缆线上连接多个现场设备，即全数字通信模式。

（3）阵发模式。

允许总线上单一的从站自动、连续地发送一个标准的HART的响应信息。

一、ModBus协议简介
当今世界，工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制。

在进入网络时代的今天，工业控制器连网也为网络管理提供了方便。

ModBus协议就是工业控制器的网络协议中的一种。

ModBus协议是Modicon公司于1978年发明的一种用于电子控制器进行控制和通讯的通讯协议。

通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以进行通信。

它的开放性、可扩充性和标准化使它成为一个通用工业标准。

有了它，不同厂商生产的控制设备可以简单可靠地连成工业网络，进行系统的集中监控，从而使它成为最流行的协议之一。

ModBus协议包括ASCII, RTU, PLUS, TCP等，并没有规定物理层。

此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。

标准的ModBus 是使用RS-232C 兼容串行接口，RS-232C规定了连接器针脚、接线、信号电平、波特率、奇
偶校验等信息，ModBus的ASCII, RTU协议则在此基础上规定了消息、数据的结构、命令和应答的方式。

ModBus控制器的数据通信采用Master/Slave方式（主/从），即Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求;Master 端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。

ModBus可以应用在支持ModBus协议的PLC和PLC之间、PLC 和个人计算机之间、计算机和计算机之间、远程PLC和计算机之间以及远程计算机之间（通过Modem连接），可见ModBus的应用是相当广泛的。

由于ModBus是一个事实上的工业标准，许多厂家的PLC, HMI、组态软件都支持ModBus，而且ModBus是一个开放标准，其协议内容可以免费获得，一些小型厂商甚至个人都可根据协议标准开发出支持ModBus的产品或软件，从而使其产品联入到ModBus的数据网络中。

因此，ModBus有着广泛的应用基础。

在实际应用中，可以使用RS232, RS 485 /422 , Modem加电话线、甚至TCP/IP来联网。

所以，ModBus的传输介质种类较多，可以根据传输距离来选择。