HART协议是什么以及优缺点

HART协议是一种在4-20mA模拟信号上叠加数字信号的通讯协议，它可以实现现场设备和主机之间的双向数字通讯，同时保证与现有模拟系统的兼容性。HART协议使用OSI标准的第一层物理层、第二层数据链路层和第七层应用层。HART协议是一种主从协议，支持双主站，一对电缆线上最多可以连接15个从设备。

HART协议的物理层规定了信号的传输方法和传输介质。HART协议采用Bell202标准的FSK频移键控信号，1200Hz代表逻辑“1”，2200Hz代表逻辑“0”。数字信号的幅度为0.5mA，数据传输率为1200bps。数字信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小。

HART协议的数据链路层规定了数据帧的格式和寻址方式。HART协议有两种数据帧类型：长帧和短帧。长帧的地址由五个字节组成，可以表示制造商ID、设备类型和设备序列号。短帧的地址由一个字节组成，只能表示0~15的从机地址。每个数据帧由前导符、定界符、地址、命令、数据字节数、数据和校验字节组成。校验字节是从定界符到数据的所有字节的异或值，用于检测数据帧是否有误。

HART协议的应用层规定了一系列命令，分为通用命令、普通应用命令和设备专用命令。通用命令是所有设备都理解、执行的命令，如读设备识别码、读基本变量等。普通应用命令是提供了大多数设备的功能命令，如设置操作变量、复位结构变化标志等。设备专用命令是为了实现某些设备中的特殊功能而制定的命令，如写传感器序列号等。

HART协议的通讯方式有两种：点对点模式和多点模式。点对点模式是指主机和从机之间进行一对一的通讯，可以是问答式或突发式。问答式是指主机发送请求帧，从机回复应答帧。突发式是指从机自动连续地发送信息，无需主机请求。点对点模式下，主变量可以以模拟形式输出，也可以以数字形式读出。多点模式是指主机和多个从机之间进行一对多的通讯，只能是问答式。多点模式下，模拟输出信号不再有效，系统以数字形式读取并联到一对传输线上的多个从机的信息。

HART协议具有以下优点：

- 可以在现有的4-20mA模拟信号上叠加一个高频的数字信号，实现双向的数字通讯，而互相之间没有干扰。

- 可以保证与现有模拟系统的兼容性，同时提供额外的测量、过程参数、设备配置、校准和诊断信息。

- 可以实现不同厂商和设备之间的标准化和互操作性。

- 可以实现多点通信，降低布线成本和输入接口电路，提高通信效率。

- 可以采用FSK技术和纵向奇偶校验，具有良好的抗噪声干扰性和数据传输可靠性。

HART协议也有以下缺点：

 - 数据传输率较低，只有1200bps。这限制了HART协议的实时性和传输距离。

- 数据长度也较短，最多只能传输25个字节。这限制了HART协议的数据量和复杂度。

- 通信方式是半双工的，不能同时进行双向通信。这限制了HART协议的并发性和响应速度。

- 设备数量也较少，最多只能连接15个从设备。这限制了HART协议的网络规模和扩展性。

HART协议是一种广泛应用于工业现场的通讯协议，它可以有效地利用现有的模拟信号线路，实现数字化的信息交换，提高现场设备的智能化水平。HART协议也在不断地发展和完善，以适应工业现场的新需求和新挑战。