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CN115379023A - Hart通信装置 - Google Patents

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CN115379023A
CN115379023A CN202211024431.2A CN202211024431A CN115379023A CN 115379023 A CN115379023 A CN 115379023A CN 202211024431 A CN202211024431 A CN 202211024431A CN 115379023 A CN115379023 A CN 115379023A
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CN
China
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hart
conversion module
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CN202211024431.2A
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胡中泽
田青旺
田钢
靳子洋
王洪淼
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State Nuclear Power Automation System Engineering Co Ltd
Original Assignee
State Nuclear Power Automation System Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种HART通信装置，所述HART通信装置包括中央处理器以及多个通信单元，每个所述通信单元均包括协议转换模块、多个HART调制解调模块、多个耦合模块以及多个信号转换模块，所述协议转换模块分别连接中央处理器以及多个所述HART调制解调模块，各所述HART调制解调模块均对应连接一个所述耦合模块，各所述耦合模块连接一个信号转换模块，各所述信号转换模块均连接所述中央处理器。通过本装置中央处理器通过协议转换模块和多个外接设备进行通信，可以解决中央处理器的输入接口以及输出接口的不足，提高了通信效率。

Description

HART通信装置
技术领域
本申请涉及一种HART通信领域，具体涉及一种HART通信装置。
背景技术
HART协议的全称是Highway Addressable Remote Transducer，是美国ROSEMOUNT公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制设备之间的通信协议。但是现有的HART通信缺陷在于相对低的通信带宽，以及较长的响应时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的HART通信缺陷在于相对低的通信带宽，以及单个外接设备需要较长的响应时间的缺陷，提供一种HART通信装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种HART通信装置，包括中央处理器以及多个通信单元，每个所述通信单元均包括协议转换模块、多个HART调制解调模块、多个耦合模块以及多个信号转换模块；
所述协议转换模块分别连接中央处理器以及多个所述HART调制解调模块；
各所述HART调制解调模块均对应连接一个所述耦合模块，各所述耦合模块连接一个信号转换模块；各所述信号转换模块均连接所述中央处理器；
所述信号转换模块用于将从中央处理器中获取的数字信号转换为模拟信号；
所述协议转换模块用于将中央处理器的通信数据依次输出至各HART调制解调模块；
所述HART调制解调模块用于获取协议转换模块输出的信号并进行调制；
所述耦合模块用于将经过所述HART调制解调模块调制后的信号叠加至对应的模拟信号上，输出至外接设备。
优选地，所述HART调制解调模块还用于依次获取所述外接设备的响应信号并解调，并将解调后的响应信号输入至所述协议转换模块；
所述协议转换模块还用于将各所述解调后的响应信号依次反馈至中央处理器；
所述信号转换模块还用于将从外接设备获取的模拟信号依次转换为数字信号，并反馈至所述中央处理器。
优选地，所述中央处理器与多个所述协议转换模块之间还通过数据分配模块连接；
所述数据分配模块用于依次将中央处理器的通信数据依次分配至各所述协议转换模块。
优选地，所述数据分配模块还用于获取各所述通信单元的协议转换模块的响应信号，并将各响应信号存储，定时反馈至所述中央处理器。
优选地，所述数据分配模块为现场可编程逻辑门阵列。
优选地，所述中央处理器与所述数据分配模块之间根据PCIe协议进行通信；
和/或，所述数据分配模块与所述协议转换模块之间根据SPI协议进行通信；
和/或，所述协议转换模块与所述HART调制解调模块根据UART协议进行通信。
优选地，所述信号转换模块还通过滤波模块连接所述外接设备。
优选地，所述耦合模块还通过保护电路连接所述外接设备，所述保护电路用于对所述外接设备进行过压保护、过流保护以及静电保护中的至少一种。
优选地，所述HART通信装置还包括隔离模块，所述中央处理器通过隔离模块连接所述协议转换模块，所述隔离模块用于将中央处理器与所述协议转换模块进行电气隔离。
优选地，所述HART通信装置还包括隔离模块，所述中央处理器还通过隔离模块连接所述信号转换模块，所述隔离模块用于将中央处理器与所述协议转换模块进行电气隔离。
本发明的积极进步效果在于：中央处理器通过协议转换模块和多个外接设备进行通信，可以解决中央处理器的输入接口以及输出接口的不足，提高了通信效率。
由于每一个外接设备与中央处理器之间的通信通道都是独立的，单个通道故障不会影响其他的外接设备的通信，具有良好的安全性以及可靠性。
通过采用中央处理器、数据分配模块以及协议转换模块的架构，三者之间通过不同速率的通信协议传输数据，使得通信效率最大化。
附图说明
图1为本实施例1中的HART通信装置的第一结构示意图。
图2为本实施例1中的HART通信装置的第二结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
请参见图1，本实施例提供一种HART通信装置，包括中央处理器1以及多个通信单元，每个所述通信单元均包括协议转换模块2、多个HART调制解调模块3、多个耦合模块4以及多个信号转换模块5；
所述协议转换模块2分别连接中央处理器1以及多个所述HART调制解调模块3；
各所述HART调制解调模块3均对应连接一个所述耦合模块4，各所述耦合模块4连接一个信号转换模块5；各所述信号转换模块5均连接所述中央处理器1；
所述信号转换模块5用于将从中央处理器1中获取的数字信号转换为模拟信号；
所述协议转换模块2用于将中央处理器1的通信数据依次输出至各HART调制解调模块3；
所述HART调制解调模块3用于获取协议转换模块2输出的信号并进行调制；
所述耦合模块4用于将经过所述HART调制解调模块3调制后的信号叠加至对应的模拟信号上，输出至外接设备6。
在本实施方式中，所述中央处理器1与所述协议转换模块2间根据第一通信协议进行通信，所述协议转换模块2与每个所述HART调制解调模块3之间根据第二通信协议进行通信，所述第一通信协议的速率至少大于所述第二通信协议的速率的n倍，其中n为HART调制解调模块3的个数。在本实施方式中，协议转换模块2可以使用协议转换芯片，该协议转换芯片可以是四路异步收发，从而使得将一路较快的第一通信协议进行通信转化为四路的第二通信协议进行通信。
通过本实施方式，本申请中的通过将中央处理器1所发出的通信数据依次输入至各所述HART调制解调模块3，再将经过所述HART调制解调模块3调制后的信号叠加至对应的模拟信号上，输出至外接设备6。使得每一个外接设备6都可以依次受到信号，通信效率大大提高。当然，在本实施例中，第二通信协议的速率只要满足外接设备6的通信速率即可。在本实施例中，信号转换模块5具体可以是数模模数转换器。
且在本实施方式中，每一个外接设备6都会有一条对应的信号转换模块5，当一个信号转换模块5出现故障，其余的信号转换模块5都不会受到影响。在实际使用的过程中，协议转换模块2至耦合模块4的通道，对于每一个外接设备6来说，也是相互独立的。
在上述实施方式中，耦合模块4可以是一套阻容网络，将调制后的信号以1.2KHz和2.2KHz的正弦波形式通过耦合到模拟量电流信号上(也就是信号转换模块5所输出的模拟信号)。
具体地，所述HART调制解调模块3还可以用于依次获取所述外接设备6的响应信号并解调，并将解调后的响应信号输入至所述协议转换模块2；
所述协议转换模块2还用于将各所述解调后的响应信号依次反馈至中央处理器1；
所述信号转换模块5还用于将从外接设备6获取的模拟信号依次转换为数字信号，并反馈至所述中央处理器1。
在本实施例中，本装置不但可以将中央处理器1的通信数据传输给外接设备6，外接设备6的响应信号还可以依次反馈给中央处理器1，完成双向通信。其中HART调制解调模块3用于外接设备6所发出响应信号与数字信号的解调。
请参见图2，具体地，所述中央处理器1与多个所述协议转换模块2之间还可以通过数据分配模块7连接；
所述数据分配模块7用于依次将中央处理器1的通信数据依次分配至各所述协议转换模块2。
在本实施例中的数据分配模块7，用于对不同协议转换模块2分配相对应的数据。所述中央处理器1与所述数据分配模块7之间可以通过第三通信协议进行通信，所述数据分配模块7与所述协议转换模块2之间可以通过第一通信协议进行通信。所述第三通信协议的速率至少大于所述所述第一通信协议的m倍，其中m为单个数据分配模块7所连接的协议转换模块2的个数。
具体地，所述数据分配模块7还可以用于获取各所述通信单元的协议转换模块2的响应信号，并将各响应信号存储，定时反馈至所述中央处理器1。在本实施例中，中央处理器1就不需要每时每刻接收响应信号，只要在某一时刻接收存储的响应信号，减少了中央处理器1的压力。
具体地，所述数据分配模块7可以为现场可编程逻辑门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称为FPGA)。
具体地，所述中央处理器1与所述数据分配模块7之间可以根据PCIe协议进行通信；
和/或，所述数据分配模块7与所述协议转换模块2之间可以根据SPI协议进行通信；
和/或，所述协议转换模块2与所述HART调制解调模块3可以根据UART协议进行通信。
具体地，所述信号转换模块5还可以通过滤波模块8连接所述外接设备6。在本实施方式中，滤波模块8为低通滤波模块，可以滤除调制后的通信信号和高频噪声对模拟信号的影响。
具体地，所述耦合模块4还可以通过保护电路9连接所述外接设备6，所述保护电路9用于对所述外接设备6进行过压保护、过流保护以及静电保护中的至少一种。
具体地，所述中央处理器1通过隔离模块10连接所述协议转换模块2，所述隔离模块10用于将中央处理器1与所述协议转换模块2进行电气隔离。
具体地，所述中央处理器1还通过隔离模块10连接所述信号转换模块5，所述隔离模块10用于将中央处理器1与所述协议转换模块2进行电气隔离。
在上述两个实施方式中，使用隔离模块10是将中央处理器1与协议转换模块2，中央处理器1与信号转换模块5进行电气隔离，当协议转换模块2或者信号转换模块5出现故障的时候，由于隔离模块10的设置，避免了影响中央处理器1正常工作。
在本实施例中，中央处理器1可以分为三个阶段：1、发送通信数据；2、等待外接设备6响应；3、接收响应信号。
1、发送通信数据：当中央处理器1启动后，中央处理器1就可以对外接设备6依次发送通信数据，经过HART调制解调模块3的调制以及信号转换模块5的处理，外接设备6就会接收经过处理的通信数据。
2、等待外接设备6响应：当外接设备6接收处理过的通信数据，外接设备6会经过一定时间进行响应，在等待该外接设备6等待响应的时候，中央处理器1还可以对其他的外接设备6发送通信数据，效率大大提高。在本阶段中，还可以设置一个预设时间段，若等待响应数据的时间在预设时间段内，则中央处理器1就会继续等待外接设备6的响应信号。
3、接收响应信号：当外接设备6生成对应的响应数据，中央处理器1就会接收，当所有的外接设备6的响应数据接收完毕以后，中央处理器1就可以再一次对各个外接设备6发出通信数据。在本阶段中，若等待时间超出预设时间段，那么就可以认定该外接设备所在的通道出现超时错误。若接收的响应数据解析出有错误，就认定响应数据错误。当本阶段结束以后，就可以重新进入阶段1，循环往复。
在实际工作中，当本发明的装置启动时，就会进行初始化。当初始化完毕后，中央处理器1就会发送信号，则装置就会进入发送通信数据的状态。在对装置进行初始化的时候或者装置启动的时候，还可以检查从中央处理器1至每个外接设备6之间的通信通道是否正常，并把异常情况反馈给中央处理器1。
在发送通信信号时，通信信号的内容能够根据实际情况确定。比如，该通信信号可以包括查询命令。查询命令可以用于获取外接设备的状态或者外接设备所获取的信息。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种HART通信装置，其特征在于，包括中央处理器以及多个通信单元，每个所述通信单元均包括协议转换模块、多个HART调制解调模块、多个耦合模块以及多个信号转换模块；
所述协议转换模块分别连接中央处理器以及多个所述HART调制解调模块；
各所述HART调制解调模块均对应连接一个所述耦合模块，各所述耦合模块连接一个信号转换模块；各所述信号转换模块均连接所述中央处理器；
所述信号转换模块用于将从中央处理器中获取的数字信号转换为模拟信号，并输出至外接设备；
所述协议转换模块用于将中央处理器的通信数据依次输出至各所述HART调制解调模块；
所述HART调制解调模块用于获取协议转换模块输出的信号并进行调制；
所述耦合模块用于将经过所述HART调制解调模块调制后的信号叠加至对应的模拟信号上，输出至外接设备。
2.如权利要求1所述的HART通信装置，其特征在于，所述HART调制解调模块还用于依次获取所述外接设备的响应信号并解调，并将解调后的响应信号输入至所述协议转换模块；
所述协议转换模块还用于将各所述解调后的响应信号依次反馈至中央处理器；
所述信号转换模块还用于将从外接设备获取的模拟信号依次转换为数字信号，并反馈至所述中央处理器。
3.如权利要求1所述的HART通信装置，其特征在于，所述中央处理器与多个所述协议转换模块之间还通过数据分配模块连接；
所述数据分配模块用于依次将中央处理器的通信数据依次分配至各所述协议转换模块。
4.如权利要求3所述的HART通信装置，其特征在于，所述数据分配模块还用于获取各所述通信单元的协议转换模块的响应信号，并将各响应信号存储，定时反馈至所述中央处理器。
5.如权利要求3所述的HART通信装置，其特征在于，所述数据分配模块为现场可编程逻辑门阵列。
6.如权利要求3所述的HART通信装置，其特征在于，所述中央处理器与所述数据分配模块之间根据PCIe协议进行通信；
和/或，所述数据分配模块与所述协议转换模块之间根据SPI协议进行通信；
和/或，所述协议转换模块与所述HART调制解调模块根据UART协议进行通信。
7.如权利要求1所述的HART通信装置，其特征在于，所述信号转换模块还通过滤波模块连接所述外接设备。
8.如权利要求1所述的HART通信装置，其特征在于，所述耦合模块还通过保护电路连接所述外接设备，所述保护电路用于对所述外接设备进行过压保护、过流保护以及静电保护中的至少一种。
9.如权利要求1所述的HART通信装置，其特征在于，所述HART通信装置还包括隔离模块，所述中央处理器通过隔离模块连接所述协议转换模块，所述隔离模块用于将中央处理器与所述协议转换模块进行电气隔离。
10.如权利要求1所述的HART通信装置，其特征在于，所述HART通信装置还包括隔离模块，所述中央处理器还通过隔离模块连接所述信号转换模块，所述隔离模块用于将中央处理器与所述协议转换模块进行电气隔离。
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