HART協(xié)議是一種在4-20mA模擬信號(hào)上疊加數(shù)字信號(hào)的通訊協(xié)議，它可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和主機(jī)之間的雙向數(shù)字通訊，同時(shí)保證與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。HART協(xié)議使用OSI標(biāo)準(zhǔn)的第一層物理層、第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層。HART協(xié)議是一種主從協(xié)議，支持雙主站，一對(duì)電纜線上最多可以連接15個(gè)從設(shè)備。

HART協(xié)議的物理層規(guī)定了信號(hào)的傳輸方法和傳輸介質(zhì)。HART協(xié)議采用Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”。數(shù)字信號(hào)的幅度為0.5mA，數(shù)據(jù)傳輸率為1200bps。數(shù)字信號(hào)的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號(hào)的大小。

HART協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了數(shù)據(jù)幀的格式和尋址方式。HART協(xié)議有兩種數(shù)據(jù)幀類型：長(zhǎng)幀和短幀。長(zhǎng)幀的地址由五個(gè)字節(jié)組成，可以表示制造商ID、設(shè)備類型和設(shè)備序列號(hào)。短幀的地址由一個(gè)字節(jié)組成，只能表示0~15的從機(jī)地址。每個(gè)數(shù)據(jù)幀由前導(dǎo)符、定界符、地址、命令、數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)和校驗(yàn)字節(jié)組成。校驗(yàn)字節(jié)是從定界符到數(shù)據(jù)的所有字節(jié)的異或值，用于檢測(cè)數(shù)據(jù)幀是否有誤。

HART協(xié)議的應(yīng)用層規(guī)定了一系列命令，分為通用命令、普通應(yīng)用命令和設(shè)備專用命令。通用命令是所有設(shè)備都理解、執(zhí)行的命令，如讀設(shè)備識(shí)別碼、讀基本變量等。普通應(yīng)用命令是提供了大多數(shù)設(shè)備的功能命令，如設(shè)置操作變量、復(fù)位結(jié)構(gòu)變化標(biāo)志等。設(shè)備專用命令是為了實(shí)現(xiàn)某些設(shè)備中的特殊功能而制定的命令，如寫傳感器序列號(hào)等。

HART協(xié)議的通訊方式有兩種：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式和多點(diǎn)模式。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式是指主機(jī)和從機(jī)之間進(jìn)行一對(duì)一的通訊，可以是問答式或突發(fā)式。問答式是指主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求幀，從機(jī)回復(fù)應(yīng)答幀。突發(fā)式是指從機(jī)自動(dòng)連續(xù)地發(fā)送信息，無(wú)需主機(jī)請(qǐng)求。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式下，主變量可以以模擬形式輸出，也可以以數(shù)字形式讀出。多點(diǎn)模式是指主機(jī)和多個(gè)從機(jī)之間進(jìn)行一對(duì)多的通訊，只能是問答式。多點(diǎn)模式下，模擬輸出信號(hào)不再有效，系統(tǒng)以數(shù)字形式讀取并聯(lián)到一對(duì)傳輸線上的多個(gè)從機(jī)的信息。

HART協(xié)議具有以下優(yōu)點(diǎn)：

- 可以在現(xiàn)有的4-20mA模擬信號(hào)上疊加一個(gè)高頻的數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)雙向的數(shù)字通訊，而互相之間沒有干擾。

- 可以保證與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性，同時(shí)提供額外的測(cè)量、過程參數(shù)、設(shè)備配置、校準(zhǔn)和診斷信息。

- 可以實(shí)現(xiàn)不同廠商和設(shè)備之間的標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性。

- 可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信，降低布線成本和輸入接口電路，提高通信效率。

- 可以采用FSK技術(shù)和縱向奇偶校驗(yàn)，具有良好的抗噪聲干擾性和數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

HART協(xié)議也有以下缺點(diǎn)：

 - 數(shù)據(jù)傳輸率較低，只有1200bps。這限制了HART協(xié)議的實(shí)時(shí)性和傳輸距離。

- 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度也較短，最多只能傳輸25個(gè)字節(jié)。這限制了HART協(xié)議的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜度。

- 通信方式是半雙工的，不能同時(shí)進(jìn)行雙向通信。這限制了HART協(xié)議的并發(fā)性和響應(yīng)速度。

- 設(shè)備數(shù)量也較少，最多只能連接15個(gè)從設(shè)備。這限制了HART協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和擴(kuò)展性。

HART協(xié)議是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的通訊協(xié)議，它可以有效地利用現(xiàn)有的模擬信號(hào)線路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的信息交換，提高現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化水平。HART協(xié)議也在不斷地發(fā)展和完善，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的新需求和新挑戰(zhàn)。