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HART协议作为一种工业现场总线标准协议,已经得到了广泛的应用,成为了事实上的现场级总线标准。目前全球HART型智能仪表的市场占有量已经接近50%,但仍有约40%的仪表采用模拟量或非标准数字协议进行输出。为使这些模拟量或非标准数字协议输出的仪表升级为HART型智能仪表,一般需要定制与之相配套的电子部件或HART协议扩展模块。本课题是受日本东京计装公司委托,为其一款雷达液位计产品定制一个HART协议扩展接口,使其产品升级为符合HART协议的仪表,增强其产品综合竞争力。HART协议扩展接口将利用UART接口与雷达液位计主板连接,并通过MODBUS通信获取雷达液位计上的数据,包括过程变量、设备状态等信息,并将这些信息保存在微处理器的内部存储器中。当有HART主设备通过HART协议向接口发出请求命令时,就可以获取到这些有用信息了。整个系统的硬件设计主要是以微处理器为核心,配套HART调制解调模块以及数模转换转换、电流输出和电源模块。另外,由于HART协议扩展接口是从4-20mA电流环路上取电,因此需要在低电流情况下也能工作。通过对整个系统的功耗评估,确定了所有元器件的选型,并论证了方案的可行性。在单片机软件设计中,进入了模块化设计,将整个程序分为MODBUS通信、系统主任务、EEPROM编程管理和HART通信四个模块,并通过引入嵌入式操作系统来管理各个任务,同时使用内核的事件机制实现各个任务之间的数据交互和同步操作。其中,HART通信功能的实现是本次设计的重点和难点,为了确保接口及代码的清晰,且保持与HART协议的一致性,按照HART协议的层次化定义,采用多个文件的结构,分别实现物理层控制’、数据链路层以及应用层。并在HART数据链路层的设计过程中,对设备状态机模型进行了重新的描述,使得状态的转移更清晰。为了方便用户对装有HART协议扩展接口的设备进行组态和参数读取,还设计了配套上位机程序,该软件将连同研发成果一起提供给用户,供其完成相应的配置和参数读取工作。最后通过模拟测试和实物联机测试两种方法对接口进行测试,验证了HART协议扩展接口通信的可靠性和功能的完整性。