HART通信协议V1.7(C9,C33,C132)

HART通信协议
VER 1.6一．概述
HART（Highway Addressable Remote Transducer）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1200bps。

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。

在应用层，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、执行的命令；第二类称为普通应用命令，所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现；第三类称为设备专用命令，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。

二．含义
1、主机（Master）：分为第一主机和第二主机，它能连接在HART网络上，发出命令与从
机通讯；
2、从机（Field Device）：连接在过程控制现场中，具有测量、计算多种变量功能，并能与
主机进行HART通讯的设备；
3、长帧（Long Frame）：地址Ad dress由5字节组成的HART数据帧，所有的HART命令
都支持长帧数据帧。

长帧地址各字节含义如下图所示：
制造商ID 号（Manufacturer ID ）由HART 基金会分配；
在生产中，同类型设备序列号唯一，并且永不重复。

广播地址使用长帧结构，低38 BIT 全为0。

厂商指定的设备类型（Decive Type ）与制造商ID 满足下表要求；
设备类型代码指定原则
4、 短帧（Short Frame ）：地址Ad dress 由1字节组成的HART 数据帧，短帧只有通用命令
Command 0能够使用，短帧字节含义如下：所有的HART 从机都支持长、短帧。

低6位短帧地址：轮询从机地址
主机地址0：第二主机1：第一主机
1：从机在突发模式0：正常模式短帧Address 字节含义
5、 请求帧（STX ）：由主机（如手抄器）向从机（现场设备）发出请求数据命令；
6、应答帧（ACK）：从机回复给主机的数据；
7、前导符（Preamble）：发起命令（数据）传输的设备在传输数据帧前发送的0xFF字符，
发送该字符的数量一般为5—20个，该数量可以通过命令来改变；前导符的使用是为了使数据接收端在硬件电路上产生CD载波检测信号，以实现数据通讯的同步。

8、定界符（Delimiter）：表示数据帧传输的开始，指明数据的传输方向、物理层类型，同
时它也指定了数据帧的帧类型（长、短帧），其含义内容如下：
：突发模式
：主机向从机请求数据（STX）
：从机向主机回复数据（ACK）
：异步（FSK）
：同步（ACK）
00
：短帧1字节（轮询）
1：长帧5字节（唯一地址）
定界符Delimiter字节含义
9、地址（Address）：由定界符Delimiter指定为短帧（1字节）或长帧（5字节）两种类型，长、短帧释义如前述；
10、扩展字节（Expansion Bytes）：本公司目前的HART协议版本保留，为0；
11、命令（Command）：功能码，指明一个数据帧的具体实现功能，命令有通用命令、普通应用命令、设备专用命令三大类；
12、数据字节数（Bytes Count）：指实际的数据Data的数量；
13、数据（Data）：设置或读取指定从机的参数数据（通信的最终结果）；
14、校验字节（Check Byte）：从定界符（Delimiter）到数据（Data）的所有字节的‘异或’值，即纵向校验。

三．HART通讯规范
1、通信帧格式：由前导符和数据帧构成，各数据域释义如上
通信帧格式
2、通讯速率：1200Bps；
3、通讯信号：Bell202标准的FSK频移键控信号，‘1200Hz’代表数字1，‘2200Hz’代表
数字0；
4、数据格式（11位）：1位起始位、8位数据位、1位停止位、1位校验位，字节奇（Odd）
校验；
5、应答数据帧的数据个数（Bytes Count）至少为2字节，这两个字节分别为响应码
（Response Code）和设备状态码（Fiel d Device Status）；
6、响应码格式：从机回复给主机的命令执行情况代码，当通讯出错时，响应吗最高位
bit7=1，这时设备状态码无实际意义；当bit7=0时，表示通讯正常，余下6 bits表示命令执行情况的响应。

7、通讯正常时响应码（bit7=0，低6 bits）：
* 具体含义因不同命令而定，可查看相关的HART命令资料。

8、通讯出错时响应代码（bit7=1）含义如下：
9、设备状态码：含义如下
10、数据类型：HART通讯协议支持以下类型的数据：字符串Str、日期Date、单或双
精度浮点数Float、无符号整型数Unsigned、有符号整型数Signed、联合体Enum或位Bit。

数据传输顺序：MSB至LSB。

1）字符串：字符串支持标准的拉丁字母Latin和封装格式Packed的ASCII码，拉丁字符每
个字母占1个字节；封装格式的ASCII 码每字母占1个字节的6位，因此，每4个字母封装在3个字节中，在使用过程中需要打包和解包操作。

2）浮点数：满足IEEE754标准要求，单精度浮点数用4个字节表示，双精度浮点数用8个字节表示。

23—bit 小数
8—bit 指数
1—bit 符号位
单精度浮点数格式
不可识别的浮点数用0x7f 、0xa0、0x00、0x00表示。

11、
设备变量状态（Device Variable Status ）：所有需要周期处理的数据（如设备变量
和动态变量）都包含一个设备变量状态字节，其内容定义如下：默认0xc0
设备变量状态字节含义
四．HART应用命令
命令有通用命令、普通应用命令、设备专用命令三大类，通用命令是所有的HART现场设备都必须响应的命令；普通应用命令只被设备部分应用；设备专用命令是生产商根据需要制定的命令。

（一）通用命令
mand 0：读唯一标识
1）短帧
请求帧STX：
响应帧ACK：
注：状态=通讯状态+设备状态，其含义如前述，以下不再赘述。

2）长帧
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 1：读主变量
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 2：读环路电流和量程百分比请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 3：读动态变量和环路电流
注：本公司压力变送器只有1个动态变量，即主变量请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 6：设置轮询地址
请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
注：现场设备在制造时就设置轮询地址为0，并且环路电流被允许，这是为了保证HART现场设备能够接到一个只有模拟信号的现场装置。

当轮询地址设置为0时，从设备必须同时工作在环路电流模式（一对一），电流和基本变量值相关联；当轮询地址设置其它值时，从设备必须同时工作在非环路电流模式（一对多），电流设置为能够维持操作的最小值。

mand 7：读环路配置
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 8：读动态变量分类
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 9：读设备变量和状态
通过Command 9，最多可读取4个设备变量。

分别是：第1变量：压力值（主变量）
第2变量：电流值
第3变量：百分比值
第4变量：温度值
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
注：当试图要读取的设备变量（最多4个变量，变量个数任意读取，读取第二变量必须读取第一（主）变量，读第三变量必须读取第一、二变量）
mand 11：以短标签方式读唯一标识
请求帧STX：
响应帧数据内容同Command 0
mand 12：读信息
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 13：读短标签、设备描述符和日期
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 14：读主变量传感器信息
传感器序列号、极限/最小量程单位代码、传感器上限、传感器下限、主变量最小量程
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 15：读设备信息
报警码、传感器功能码、主变量单位、主变量上下限值、阻尼、写保护、产品发行人、是否有模拟信号连接在通道上
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 16：读最终装配号请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 17：写信息
请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同响应帧
mand 18：写短标签、设备描述符和日期
请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同响应帧
mand 19：写最终装配号请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
mand 20：读长标签
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 21：以长标签方式读唯一标识请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧数据内容同Command 0 mand 22：写长标签请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
（二）普通应用命令
mand 33：读设备变量
通过Command 33，可读取最多5个设备变量。

分别是：
第1变量：压力值（主变量）
第2变量：电流值
第3变量：百分比值
第4变量：温度值
第5变量：传感器电压值
* 注：HART 6规定设备变量数不超过4个，以上“第5变量”仅供我公司内部使用，HART 认证时将屏蔽该变量；
请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
2. Command 34：写主变量阻尼值
本命令相当于本地组态功能“06 DAMP ”，设置电子阻尼时间（0~32s ）。

请求帧STX ：
请求帧数据内容 响应帧ACK ：
正常响应帧数据内容同请求帧
3. Command 35：写主变量下限值和上限值
本命令相当于本地组态功能“04 LRV
”和“05 URV ”，即无压力零点和量程设置。

请求帧STX ： 请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
mand 36：写主变量上限值
本命令相当于本地组态功能“03 SPAN”，即有压力量程设置。

通入满量程压力，待读数稳定后，执行本命令。

执行后，变送器将当前压力值设置为上限，输出电流20mA。

请求帧STX：
响应帧ACK：
mand 37：写主变量下限值
本命令相当于本地组态功能“02 ZERO”，即有压力零点设置。

通入零点压力，待读数稳定后，执行本命令。

执行后，变送器将当前压力值设置为下限，输出电流4mA。

请求帧STX：
响应帧ACK：
mand 38：复位配置改变标志
该命令复位设备状态字节的bit 6位，当有设置命令执行后，该为重新置位
请求帧STX：
：
响应帧ACK
当设置值为非0数据时设备的环路恒定输出一个4-20mA范围内的一个电流值，当设置值为0时，退出固定电流模式。

请求帧STX：
请求帧数据内容 响应帧ACK ：
正常响应帧数据内容同请求帧
8. Command 41：使设备执行自检
请求帧STX ： 响应帧ACK
：
9. Command 43: 主变量调零
详见Common Practice Command Specification
mand 44：写主变量单位
本命令相当于本地组态功能“07 UNIT”，设置主变量（压力）工程单位。

请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧。

mand 45：调整环路电流零点
调整环路电流曲线的偏移量，使零点电流对应4mA。

本命令不影响电流曲线的斜率。

请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
mand 46：调整环路电流增益
调整环路电流曲线的斜率，使电流对应20mA。

本命令不影响4mA对应的值。

请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
mand 47：写主变量转换功能
本命令相当于本地组态功能“08 FUNCT”，设置主变量转换特性输出。

请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
mand 49：写主变量传感器序列号请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
mand 54：读设备变量信息（可选）本产品只读主变量信息。

请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容（主变量）
注：当试图要读取的设备变量不存在或不支持时，对应的响应数据内容如下：
mand 59：写响应前导符个数
请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
mand 71：锁定设备
请求帧STX：
请求帧数据内容
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
mand 76：读设备锁定状态请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
（三）设备专用命令
mand 130 读材料信息
读变送器各组件的材料信息（12Bytes）。

请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容：
mand 131 写材料信息
写变送器各组件的材料信息（12 Bytes）。

请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧
mand 132 读硬件与传感器详细信息读PCB序列号、传感器序列号、类型、量程等信息。

请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 133 写硬件与传感器详细信息写PCB序列号、传感器序列号、类型、量程等信息。

请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧。

mand 134 读变量显示模式
读变量显示模式（DMV）。

请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容：
mand 135 写变量显示模式
本命令相当于本地组态功能“09 DMV”，即设置变送器显示屏上变量的显示模式。

请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧。

mand 136 写小压力切除值
当主变量转换功能（Command 47）设为“平方根”时，本命令用于设置小压力切除的数值（百分比），数值范围0~6.0。

当切除值为0时，表示小压力切除功能关闭。

请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧。

设置出错的响应码：
0x80：主变量为线性输出，操作无效。

0x81：所设数值超范围。

mand 137 按键测试
测试各按键是否正常。

测试期间，命令发送周期为1秒。

请求帧STX：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 138 读存储器数据（可选）
请求帧STX：
请求帧数据：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容
mand 139 写存储器数据（可选）请求帧STX：
请求帧数据：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容同请求帧。

以下命令140~141用于读/写校准数据。

1. 压力工厂校准：即“标定”，制造商使用。

建立传感器电压值（Vs）与所施加的标定压力值（Pc）的对应关系。

经过
工厂校准后输出的压力值称为原始压力值（P0）。

2. 压力用户校准：制造商或用户使用。

当原始压力值（P0）误差较大时，可进行用户校准。

建立原始压力值（P0）与期望压力值（Pi）之间的关系。

3. 4-20mA工厂校准：用于校准电流输出。

建立原始电流值（I0）与期望电流值（Ii）之间的关系。

4. 4-20mA用户校准：同工厂校准，但校准点数固定为2个（4mA和20mA）。

5. 温度补偿：
温度设定点：温度补偿的温度值，由变送器测量并通过HART传给上位机。

如：-39.5，-10.1，
0.02，15.3，35.0（DegC）
压力设定点：每个温度设定点下施加的标准压力值，由上位机设定，并控制压力控制器输出相应的压力。

如：-1000.0，-500.0，0，500.0，1000.0（kPa）
压力测量点：每个压力设定点对应的实际测量值，由变送器测量并通过HART传给上位机。

如：-997.4，-498.8，0.8，501.2，1002.6（kPa）
mand 140 读校准数据
请求帧STX：
请求帧数据：
响应帧ACK：
正常响应帧数据内容：。