文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
一种分层簇状网络结构无线HART通信方案的研究与设计
姓名:赵淑娟
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:黄本雄
20080601
华中科技大学硕士学位论文
摘要
HART(Highway Addressable Remote Transducer)是高速可寻址远程变换器协议的
简称,它是一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。自 1985 年由美国
Rosement 公司提出以来,由于兼容传统 4~20mA 模拟系统的 HART 通信协议具有
诸多优点,它迅速的占领了市场,并不断地进行扩大和发展,目前已被世界上三分
之二以上的现场设备所采用,成为智能工业控制领域事实上的国际标准。
工业无线技术是继现场总线之后,工业控制和自动化系统领域的又一热点技术,
是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术,也是未来几
年工业自动化产品新的增长点。现场总线和无线通信技术的结合将使无线通信迅速
进入工控领域的现场设备层。随之将带来一系列好处:降低投资成本;节省安装时
间,降低使用成本;灵活,易于改造;覆盖有线不可达的区域;易于使用和维护。
针对 HART 的广泛使用现状和工业无线的需求两方面的考虑,本文提出了一种
将 HART 现场总线与无线通信技术结合的无线 HART 通信方案。首先介绍了有线
HART 协议规范,分析了从有线 HART 过渡到无线 HART 的网络结构的变化,总结
了无线 HART 通信网络的应用环境特点,分析和比较了无线通信网络常见的拓扑结
构,选取了适合现场智能仪表过程控制应用环境的星-网分层簇状网络结构作为无
线 HART 通信的拓扑结构,随之对由通信方式以及网络结构的改变带来的无线 HART
层次模型变化进行了重新界定,并对各层进行了阐述。接着在前面的基础上对无线
HART 分层簇状网络结构及网络设备节点进行了详细设计,并以现场设备节点为代
表,给出了重要的功能模块电路及接口电路设计。最后给出了无线 HART 通信方案
的软件设计:为增强网络可靠性和鲁棒性,采取了双簇头工作机制,重点对双簇头
网络建立过程进行了设计;根据无线 HART 网络的应用需要,定义了两种通信模式;
给出了关键数据结构设计;阐述了数据接收和数据发送的详细流程;给出了分层簇
状无线 HART 网络的一套实现和测试方案。

关键词:高速可寻址远程变换器协议(HART);工业无线;无线 HART;分层簇状网
络结构
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
HART is short for the Highway Addressable Remote Transducer protocol, which is
used for munication between the field smart meters and the controlling device in
the room. Since it was proposed by the American pany in 1985, it occupied
most of the market and it kept developing and growing. Recently it has been adopted by
more than percent filed devices in the world and now it is ing the true
international standard of the intelligent industrial controlling filed.
Industrial wireless technology is another hot technology after the filed buses in
industrial control and automation filed. It is a revolutionary technology which could
reduce the cost for industrial measuring and controlling, and it will e the new
growing point for the industrial automatic products in the future. bination of the
filed buses and the munication technology will ma