1.HART协议要点回顾

HART协议是众多适用于流程工业的现场总线之一，物理层有RS-485、FSK（移频键控）、PSK（相移键控）、IEEE 802.15.4(工业无线)、IEEE 802.3（以太网）、IR（红外）。其中以兼容4～20mA的FSK物理层应用最为广泛。基于RS-485、FSK、PSK、IR物理层的主站，执行简易令牌机制的链路层，主站与从站之间是应答式的链路层。基于IEEE 802.15.4物理层的WirelessHART执行TDMA（时分多址访问）链路层。基于IEEE 802.3物理层的HART IP执行以太网的载波侦听/冲突避免链路层。

HART协议应用层以必须支持的通用命令、可选的常用命令、自定义的特殊命令为基础，传递数据与状态信息。目前，要求设备制造商必须提供基于电子设备描述文件的现场设备集成（FDI）文件包，用于HART主控系统或其它主控设备的集成应用。设备DTM是设备制造商可选择提供的，在个别主控系统中是必须提供的设备类型管理器，用于设备的集成应用、高级诊断、资产管理。

HART协议数据通信以主站请求、从站回复为主要方式，为提高传送效率、节省主站请求环节、降低节点功耗等，对于固定格式的数据与状态信息规定了从站主动发起的、传送数据与状态信息的方式，即突发（Burst）模式。

2.突发（Burst）工作模式

为了支持数据与诊断信息从现场设备到主控设备的定期传输，HART协议的数据链路层定义了一种操作模式。在这种工作模式下，现场设备可以定期的 将信息广播到通信链路上。当一个现场设备在不需要主控设备连续轮询的情况下，同步循环广播数据与诊断信息时，它被称为处于突发（burst）模式。在有线HART通信链路上，无论有多少台现场设备，只允许一台现场设备处于突发（burst）工作模式。WirelessHART现场设备都处于突发（burst）工作模式，但在时分多址（TDMA）通信链路层的同一时隙、同一信道，只有一台现场设备处于发送状态。

突发（Burst）模式设备的英文描述是“Burst-Mode Device”。这是一种定期提供过程数据与诊断信息的数字响应设备，它是独立的广播设备，它的工作模式是由主站设备配置的。

3.突发（Burst）工作模式的组态内容

突发（Burst）工作模式支持使用“突发”消息周期性发布过程数据。在此模式下，现场设备被指示连续发布过程数据与状态信息，而不需要主站任何进一步的操作。主站通过以下命令对现场设备进行该工作模式的组态。

l 命令103 写入突发周期；

l 命令104 写入突发触发模式；

l 命令105 读取突发模式配置；

l 命令107 写入突发设备变量；

l 命令108 写入突发模式命令编号；

l 命令109 突发模式控制；

此外，有两条命令是专门为I/O系统和WirelessHART适配器设计的：

l 命令101 读取子设备以突发消息；

l 命令102 将子设备映射到突发消息。

此外，实现突发模式的设备必须组态至少3个突发消息。每个突发消息必须允许不同的配置。每个突发消息可以是不同的命令、触发条件、更新周期、设备变量集等。

3.1 组态突发（Burst）周期：

主站通过103号常用命令对设备的突发（Burst）周期进行组态，组态最短突发周期与最长突发周期。其中，最短突发周期的极限值在不同的物理层有不同要求，见下表。

Minimum Update Rates Allowed by Physical Layer(in Seconds)

最长突发周期不得超过3600秒，可在下表中不短于最短突发周期的选项中选择。

Update Periods Allowed(in Seconds)

只要满足命令104中的触发条件，设备就必须以最短突发周期发布Burst信息。当不满足命令104中配置的触发条件时，现场设备必须以最长突发周期发布Burst信息。

3.2 组态Burst触发模式：

主站通过104号常用命令对设备的Burst触发模式进行组态，触发模式分为以下5种：

l 连续触发模式（Continuous）：不断的突发消息以最短突发周期连续发布。

l 窗口触发模式（Window）：当源值偏离并超过指定的窗口值时，以最短突发周期发消息。

l 上升触发模式（Rising）：当源值上升到指定的触发值以上时，以最短突发周期发消息。

l 下降触发模式（Falling）：当源值低于指定的触发值时，以最短突发周期发消息。

l 改变触发模式（On-Change）：当消息中的任何值发生变化时，以最短突发周期发消息。

对于I/O系统，当突发消息源自子设备时，如果子设备中的工程单位发生变化，则突发消息必须以命令103中指定最短突发周期发布。

3.2.1. 窗口触发模式（Window）

窗口是围绕上一次发送值的对称窗口。当源值的偏离不大于窗口时，以“最大更新周期”发送下一次Burst信息。当源值偏离并超过指定的窗口时，以最短突发周期发送下一次Burst信息。下图演示了window模式。

3.2.2. 上升触发模式（Rising）

当源值不超过指定的触发值（Trigger Level）时，以“最大更新周期”发送下一次Burst信息。一旦超过Trigger Level，更新时间就会改变。只要源值保持在触发级别之上，burst消息将以更新周期所指示的速率发布。如果该值低于触发值，则更新时间将下降到最大更新周期。

3.2.3. 下降触发模式（Falling）

当源值低于指定的触发值时触发burst消息。burst消息将以更新周期所指示的速率发布，否则更新时间将下降到最大更新周期。

3.2.4. 发生变化触发模式（On-Change）

当突发消息中的任何值发生变化时触发burst消息，burst消息将以更新周期所指示的速率发布，否则更新时间将下降到最大更新周期。

3.3 组态Burst设备变量：

主站通过107号常用命令对设备的Burst设备变量进行组态。设备变量被使用在burst命令9或命令33中来完成数据的上传。主机总是在请求中发送9个数据字节来设置设备变量值。未使用的插槽将被设置为250 -“未使用”。命令33只接受最多4个插槽(即插槽0-3)，其他应该由主机设置为250 -“未使用”。在任何一种情况下，现场设备在发布命令33时都将忽略槽位4-7的设置。

最后一个字节表示该命令适用于哪条burst消息。

3.4 组态Burst设备命令号：

主站通过108号常用命令对设备的Burst命令号进行组态，即选择设备在突发模式下发送该命令号的响应消息。命令1、2、3、9、38和48应在所有burst模式的设备中得到支持，如果命令33已在现场设备中实现，则必须添加到burst模式的命令号中。

如果触发模式不是“连续”，并且触发源的设备变量分类与新命令编号不匹配，则将接受新命令编号，并且响应代码“警告-突发触发模式已自动更改为连续触发”。设备必须校正分类、单位代码，重置为“连续”（触发模式0），并在更新周期连续发布，直到接收到另一个104命令。

3.5 组态Burst模式

主站通过109号常用命令对设备的Burst模式进行组态。命令用于在设备的令牌传递或TDMA数据链路层上进入和退出突发模式。发布的响应数据字节应符合使用命令108写入突发模式命令号和命令107写入突发设备变量指定的字节。

延迟响应机制的响应代码只能在启用在TDMA数据链路上发布时使用。如果设备无法获得任何带宽来处理新启用的突发消息，则必须返回“无可用带宽”；如果设备能够获得比请求更少的带宽，则必须返回“更新周期增加”。当关闭突发模式时，不允许延迟响应。

当不包括突发消息编号时，设备必须假设突发消息0正在激活或停用，以便在令牌传递数据链路上发布。（当接收到单个请求字节时，只有突发模式控制码0和1有效）。

l 失能Burst功能只有一种模式，即（Off）关闭模式；（控制码0）

l 使能Burst功能共有四种模式。

1) 物理层仅为FSK、PSK或RS-485时，选择（Enable Burst on Token-Passing Data Link Layer only）（控制码1）

2) 物理层仅为IEEE STD 802.15.4-2006（即支持WirelessHART通信协议）选择（Enable Burst on TDMA Data-Link Layer only）（控制码2）

3) 当同时兼备上述1、2模式时，选择（Enable Burst on TDMA and Token Passing Data Link Layers）（控制码3）

4) 当支持HART-IP时，选择（Enable Burst on HART-IP connection）（控制码4）

4.Burst模式设备状态机：

名词解释：

l BACK（Burst Acknowledge）：在没有相应的主设备请求(即没有STX)的情况下发送给主设备的从设备响应。

l BT（Burst Timer）：由burst模式设备用于触发BACK的传输。当BT失效（即达到0）时，发送BACK。

l RT1（Link Quiet Time）：发现链路上有正在进行的通信，进行退避的延时时间。

l RT2（Link Grant Time）：当不确定链路上是否存在通信时，需要设置此时间长度，用来检测潜在的通信，若此时间内未检测到通信，准备开始传输数据。

l STO（Slave Time-Out）：从机超时，这是从设备开始传输后所允许的最长时间。

4.1 接收状态机逻辑介绍：

突发（Burst）模式设备状态机在等待状态时，若收到主设备发来使能突发（Burst）模式的指令时，可将BT值设置为0。即准备立即发送BACK。

突发（Burst）模式设备状态机在等待状态时，收到主设备发给其他从设备的请求，需要将BT值设置为与主设备相同的RT1值，在不同的物理层上，此时间设置的数值是不同的。物理层为FSK时，为33个字符时间。物理层为RS-485时，1200bps时为33个字符时间，大于1200bps时，为32ms+6个字符时间。物理层为PSK时，为42ms。在红外物理层上时，为261ms。

突发（Burst）模式设备状态机在等待状态时，收到主设备发来的请求，需要将BT时间设置为0，并设置响应超时时间STO。在不同的物理层上，STO值设置的时长不同。物理层为FSK时，为28个字符时间。物理层为RS-485时，1200bps时为28个字符时间，大于1200bps时，为32ms。物理层为PSK时，为32ms。在红外物理层上时，为30ms。状态机转换至过程处理态，解析请求准备响应。回复正确的响应后、或者通信错误以及回复响应超时都将再返回到等待态。

突发（Burst）t模式设备状态机在等待状态时，当收到的数据类型为ACK时，BT值设置为0，需设置发送超时时间(STO)。

突发（Burst）模式设备状态机在等待状态时，当BT值到时，需要将BT值时间设置为RT2，向第一主设备与第二主设备交替发送BACK。在不同的物理层上，STO值设置的时长不同。物理层为FSK时，为8个字符时间。物理层为RS-485时，1200bps时为8个字符时间，大于1200bps时，为3ms+6个字符时间。物理层为PSK时，为14ms。在红外物理层上时，为7ms。其他情况则一直保持在等待态。

5.HART协议产品

目前中科博微HART协议产品有：MC0310核心板模板、G0310 Modbus转HART网关、NCS-TT105H 双通道智能温度变送器、NCS-TT106H 头部安装智能温度变送器、NCS-PT105II系列压力变送器，欢迎前来咨询。