[发明专利]一种基于无线HART模块的通信系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于无线HART模块的通信系统及方法，其系统包括：包括：通信模块和主控卡件，所述通信模块设置在主控卡件上；所述通信模块包括：电源单元、射频单元、射频天线、主控单元、通信接口、外部晶振，所述主控单元分别与电源单元、射频单元、通信接口及外部晶振电性连接，所述射频单元分别与所述电源单元、射频天线电性连接；所述通信模块分别与主控卡件和网关通信连接。这样，通过在主控模块上嵌入无线HART通信模块的硬件电路结构设计，实现高效的内外部信息交互兼容到外部的无线协议栈，有效地解决了内置协议栈开发周期长且困难的问题，降低了无线通信的延迟，提高了通信的效率，并且为工业现场提供更完整的无线HART设备通信解决方案。

技术领域

本发明涉及HART通信技术领域，尤其涉及一种基于无线HART模块的通信系统及方法。

背景技术

无线HART通信技术是由HART通讯基金会(HCF)发布的第一个开放式的可互操作无线通信标准，用于满足流程工业对于实时工厂应用中可靠、稳定和安全的无线通信的关键需求。并且在正式发布的一年时间内就获得了国际电工委员会可公开获得的规范标准(IEC/PAS)，成为了一种公共可用的通讯规范，也是全球第一个获得国际认证的工业通信技术标准。同时它还兼容了原HART通信和控制系统，只要是基于HART的设备，在工具、应用软件和工作流程上，可以继续保留使用之前的方法和经验。经过长期验证，无线HART通信的可用性和继承性很好。

无线HART通信网络由三个部分组成：①工厂现场的无线设备；②连接现场设备到网络，或其他现有通讯网络的网关设备，作为一个网络连接点；③负责网络配置、调度、路由和监控的网关软件。管理软件一般和网关、主机应用程序或过程自动化控制器集成到一起。该无线网络协议为无线HART网络协议，工作在2.4GHz ISM频段，采用IEEE802.15.4标准兼容的支持逐个信道跳频的DSSS扩频技术，TDMA同步技术以及网络上设备间的延控通信技术。无线HART设备说明中还定义了具体的五种无线HART设备类型用于搭建无线HART通信网络，分别是现场设备、适配器、网关、手持通讯器和网络管理器。

无线HART通信技术由HART通讯协议进行描述，这是一种围绕OSI 7层通信模型建立的主-从式通讯协议，现场的通信网络中，HART设备群体属于从属设备，而PC软件和HART手持通讯器分别是这一通信网络中的第一主设备和第二主设备，在通信中起着主导作用，即一般情况下只有当主设备发起请求时，从设备才会产生响应。在搜索网络时，现场的无线HART设备会主动发起入网请求，并通过发送射频信号传送到无线网关中，网关在接收到这一请求时，会为主应用程序提供一个访问现场设备的路径，让主设备进一步请求/接收设备的测量信息和配置信息。

目前无线HART现场设备的种类和供应的厂商有很多，通过对多数厂商现场无线仪表的研究，在无线HART通信功能开发上，以上采用的技术方案都是通过自研无线协议栈或采用无线适配器的方法进行开发，这两种技术方案都有各自的优势，但同时也存在局限性。

无线协议栈：协议栈又称协议堆叠，指的是计算机网络协议套件的一个具体的软件实现。这个协议套件指的是多个协议模块，按照OSI通信模型可以理解成其中的上下不同的协议层级，通常包括媒体，传输和应用层，多个层级之间的交互工作构就成了协议栈通信。在实现了无线HART协议栈的开发后，无线HART网络设备就能在自身软硬件的支持下，直接向无线HART网关发送/接收请求，与无线网络建立起通信，这整个过程中独立完成且满足无线HART协议栈的要求。