HART协议通用结构体及地址、常量的定义
HART协议通用结构体及地址、常量的定义
在HART模块中,通常是通过UART发送一个字节,且需要11位二进制数据,第一位起始位,第二到九位共八位是要发送的数据,第十位是校验位<奇校验>,第十一位是停止位。
整体的HART命令字段由以下组成:
PREAMBLE START ADDR COM BCNT STATUS DATA CHK
对应序文 定界符 地址 命令号 数据长度 响应码 数据字节 奇偶校验(异或校验)
以上便是一个完整的Hart通信数据帧格式,其中Status(通信状态)只有在从机对主机通信时才会加入的。
PREAMBLE 前导字符,作为通信同步的需要,是5到20个字节的0XFF,通常采用5个字节; 也就是5个0xFF
START 起始字节符,将告之使用的结构为“长”还是“短”,消息源是否是“突发”模式消息。主机到从机为短结构时,起始位为 0X02,长帧时为 0X82。从机到主机的短结构值为 0X06,长结构值为0X86。而为“突发”模式的短结构值为 0X01,长结构为 0X81。一般设备进行通讯接收到 2 个0XFF 字节后,就将侦听起始位。
ADDR 地址字符,包含了主机地址和从机地址,短结构中占 1 字节,长结构中占 5 字节。
主机到从机为短结构时,起始位为02,长帧时为82。
从机到主机的短结构值为06,长结构值为86
“突发”模式的短结构值为01,长结构为81
短指令时:地址码由一个字节表示(如80),其结构为
一般我们不用到突发模式,这里的80表示的就是(主机1—-设备地址(0))
长指令时:地址码由5个字节表示,其结构为
另外,长结构的低 38 位如果都是 0 的话表示的是广播地址,即消息发送给所有的设备。
COM 命令字节,范围为 253 个,用 HEX 的 0~FD 表示。31,127,254,255 为预留值。PS:一开始对此处提到的命令很困惑,就在心里发问,每个命令都什么含义?所有的厂家都支持么?终于,在一篇名为HCF_SPEC 99官方文档中找到
BCNT 数据总长度,它的值表示的是 BCNT 下一个字节到最后(不包括校验字节)的字节数,其实说了这么多,无非是因为从机回传的数据中多了一个状态码,明确也是要算在数据长度的。接收设备用他可以鉴别出校验字节,也可以知道消息的结束。因为规定数据最多为 25 字节,所以它的值是从 0~27。
STATUS 状态字节,也叫做“响应码”,顾名思义,只存在于从机响应主机消息的时候,用 2 字节表示。他将报告通讯中的错误、接收命令的状态(如:设备忙、无法识别命令等)和从机的操作状态。 如果我们在通讯过程中发现了错误,首字节的最高位(第 7 位)将置 1,其余的 7 位将汇报出错误的细节,而第 2 个字节全为 0。否则,当首字节的最高位为 0 时,表示通讯正常,其余的 7 位表示命令响应情况,第 2 个字节表示场设备状态的信息。UART 发现的通讯错误一般有:奇偶校验、溢出和结构错误等。命令响应码可以有 128 个,表示错误和警告,他们可以是单一的意义,也可以有多种意义,我们通过特殊命令进行定义、规定。现场设备状态信息用来表示故障和非正常操作模式。此处依然是一个专门的文档来叙述 HCF_SPEC_307 。
DATA 数据字节,首先需说明的是并非所有的命令和响应都包含数据字节,它最多不超过 25 字节(随着通讯速度的提高,正在要求放宽这一标准)。数据的形式可以是无符号的整数(可以是8,16,24,32 b),浮点数(用 IEEE754 单精浮点格式)或 ASCII 字符串,还有预先制定的单位数据列表。具体的数据个数根据不同的命令而定!此处查阅官方文档 HCF_SPEC_183<数据格式表> 此中数据量相当大 HCF_SPEC 99 HCF_SPEC 127 HCF_SPEC-151;
CHK 奇偶校验,方式是纵向奇偶校验,从起始字节开始到奇偶校验前一个字节为止。
在这些数据中,除了数据长度对应的数据位不同,起始字节符对应的地址字符也不同,在做命令解析的时候 要根据起始字节和数据大小来判断数据位的位置
例子:
FF FF FF FF FF 82 A6 06 BC 61 4E 01 00 B0
上面是主机到从机发送的一条消息。前 5 个字节值都为 FF,显然他是前导字节。接着的 82 起始字节,表示主机到从机发出的长结构的消息。
后 5 个字节 “A6,06,BC,61,4E”是地址字节化为二进制表示如下:
A6 06 BC 61 4E
1010 0110 0000 0110 1011 1100 0110 0001 0100 1110
可见首字节 A6 的最高位为 1 表示主机,次高位为 0 表示非突发模式,后面的 38 位二进制数表示设备的惟一标号:“100110”是生产厂家代码,值为 38,是 Rosemount 公司的代码;后一字节 06 是设备型号代码,06 代表的型号是3051C;后面的 3 个字节是设备识别号,本例中的值为 12345678;再接下来的 01 是命令字节,表示 1 号命令,该命令的返回内容可在文档资料中找到 HCF_SPEC 127,即读取 PV 值,后面的 00 是表示数据的长度;本例中无数据,值为 0;最后是校验字节 B0;
FF FF FF FF FF 86 A6 06 BC 61 4E 01 07 00 00 06 40 B0 00 00 45
上面表示的是从机到主机的一条消息。本例大部分与上例相似,不同的是数据字节不再为 0,其中的 06 表示单位 PSI;后面的 4 个字节是用浮点数表示的值 为 5.5。并且由于本例是由从机到主机的应答消息,所以存在着状态位,即本例中的“00 00”,表示“OK”。
将数据依次排列:
第一列为前导字符
00 60为状态码
41 3F A0 00到41 95 00 00为数据位 数据长度1A
上面是突发模式发出的一条消息。第 1 个字节 81 表示突发的长结构模式,与前例中相似的地方不再介绍。注意到状态字节“00 60”后的字节“41 3F A0 00”,他表示的是当前的电流值,是IEEE754格式的浮点数,计算后是 11.9766;后面的 27 表示单位 mA,像后面的 39 表示“%”一样。数据字节中的"42 47 60 00",“BF 06 60 00”,“41 95 00 00”分别表示"SV”,“TV”,"FV"表示方法与 PV 相同。经过解释后的消息可以表示为:“LBTXS/RdAllPv/026/0060/11.9766/mA/11.9766/%/49.8438/psi/-0.524902/%/18.625”。 所有的数据格式在文档资料Common Tables HCF_SPEC 183中。附命令3——属于通用命令,可在HCF_SPEC_127中查找
以下代码通用HART结构体定义:
#ifndef __HART_CMD_H__
#define __HART_CMD_H__
#include<stdint.h>#define HART_UART_BaudRate 1200 //波特率
#define HART_UART_WordLength 0 //数据长度 默认0就是8位
#define HART_UART_StopBits 0 //停止位 默认0就是1位
#define HART_UART_Parity 2 //校验位 0位无 1为偶校验 2为奇校验#define HART_ETC_START 0x23 //放在PREAMBLE之前
#define HART_ETC_STOP 0x40 //放在CHK之后#define HART_PREAMBLE 0xFF //一般是五个
#define HART_PREAMBLE_Normal_Size 5
#define HART_PREAMBLE_Min_Size 2
#define HART_PREAMBLE_Max_Size 20#define HART_START_Master_LONG 0x82 //主机的消息
#define HART_START_Master_SHORT 0x02#define HART_START_Slave_LONG 0x86 //从机的消息
#define HART_START_Slave_SHORT 0x06#define HART_START_Burst_LONG 0x81 //突发模式
#define HART_START_Burst_SHORT 0x01//HART通用结构体 主要用于接收/发送时的数组和结构体之间的转换
typedef struct
{uint8_t PREAMBLE[5];uint8_t START;uint8_t ADDR[5];uint8_t COM;uint8_t BCNT;uint8_t STATUS[2];uint8_t DATA[25];uint8_t CHK;
}HART_Normal_Struct;//HART主机短结构体
typedef struct{const uint8_t PREAMBLE[5]; //5个OXFFconst uint8_t START; //标志uint8_t ADDR; //移位uint8_t COM; //命令uint8_t BCNT; //数据长度uint8_t DATA[16]; //数据uint8_t CHK; //校验值
}HART_Master_SHORT_Struct;//HART从机短结构体
typedef struct{const uint8_t PREAMBLE[5]; //5个OXFFconst uint8_t START; //标志uint8_t ADDR; //移位uint8_t COM; //命令uint8_t BCNT; //数据长度uint8_t STATUS[2]; //状态 主机发送的消息中没有 响应码!uint8_t DATA[16]; //数据uint8_t CHK; //校验值
}HART_Slave_SHORT_Struct;//HART主机长结构体
typedef struct{const uint8_t PREAMBLE[5]; //5个OXFFconst uint8_t START; //标志uint8_t ADDR[5]; //长地址uint8_t COM; //命令uint8_t BCNT; //数据长度uint8_t DATA[25]; //数据uint8_t CHK; //校验值
}HART_Master_LONG_Struct;//HART从机长结构体
typedef struct{const uint8_t PREAMBLE[5]; //5个OXFFconst uint8_t START; //标志uint8_t ADDR[5]; //长地址uint8_t COM; //命令uint8_t BCNT; //数据长度uint8_t STATUS[2]; //状态 主机发送的消息中没有uint8_t DATA[25]; //数据uint8_t CHK; //校验值
}HART_Slave_LONG_Struct;#endif
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