專利名稱：基于智能手機(jī)的hart手操器及實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)控制技術(shù)，特別涉及一種基于智能手機(jī)的HART手操器及實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
HART協(xié)議作為一個(gè)開放性的協(xié)議，現(xiàn)已成為智能儀表“事實(shí)上”的標(biāo)準(zhǔn)。從美國權(quán)威的自動化市場分析報(bào)告來看，目前全球智能化儀表、特別是符合HART協(xié)議智能儀表的需求量仍在逐年增加。HART協(xié)議作為一種主從式通信協(xié)議，分為了主設(shè)備和從設(shè)備，由主設(shè)備作為數(shù)字 通信的發(fā)起者，從設(shè)備作為應(yīng)答者。HART協(xié)議主設(shè)備包括兩類工控PC機(jī)系統(tǒng)是第一類，主要實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場HART從設(shè)備參數(shù)和狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；手持操作器是第二類主設(shè)備，主要用于現(xiàn)場HART從設(shè)備的參數(shù)調(diào)整和測試維護(hù)，僅在需要調(diào)校或維護(hù)的時(shí)候才接入系統(tǒng)，并且因?yàn)槭潜銛y式設(shè)備，可自由移動和接入。目前廣泛使用的HART手持操作器，主要是國外大公司的產(chǎn)品，如Rosemount公司的375、475等，國內(nèi)的較少，如SIPAI公司的基于掌上電腦的手操器。但這些設(shè)備價(jià)格昂貴，需要專門配備相應(yīng)的機(jī)器，不能做到隨身攜帶，需要操作的時(shí)候還得專門去尋找這樣的設(shè)備，給使用者帶了很多的不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)有的HART手持操作器價(jià)格昂貴，不便攜帶的問題，提出了一種基于智能手機(jī)的HART手操器及實(shí)現(xiàn)方法，使用者隨身攜帶智能手機(jī)可實(shí)現(xiàn)對HART協(xié)議智能儀表的現(xiàn)場調(diào)校和維護(hù)的功能，提高靈活性。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于智能手機(jī)的HART手操器，包括一部安裝有智能操作系統(tǒng)的智能手機(jī)、一個(gè)裝有HART組態(tài)軟件的儲存卡、一個(gè)具有無線通信功能且內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)HART主站數(shù)據(jù)鏈路的HART無線通信接口，儲存卡置于智能手機(jī)中，智能手機(jī)和HART無線通信接口之間采用WIFI通信方式，HART無線通信接口和HART現(xiàn)場設(shè)備之間采用標(biāo)準(zhǔn)的HART通信協(xié)議。所述HART無線通信接口由HART通信通道、電源通道和數(shù)據(jù)處理及通信通道組成，HART通信通道依次由直流隔離模塊、信號調(diào)理模塊、HART調(diào)制解調(diào)模塊組成；電源通道，由電源調(diào)整模塊，鋰電池以及充電電路組成；數(shù)據(jù)處理及通信通道，由無線通信模塊和MCU微處理器組成；HART現(xiàn)場設(shè)備通過HART通信通道傳輸HART標(biāo)準(zhǔn)信號，HART通信通道傳輸?shù)男盘査腿隡CU微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后通過無線通信模塊送出。所述智能手機(jī)選用蘋果公司的IPHONE智能手機(jī)，儲存卡直接采用IPHONE智能手機(jī)內(nèi)置的FLASH儲存卡，HART無線通信接口中HART調(diào)制解調(diào)器選用A5191，MCU微處理器選用LPC1226FBD。一種基于智能手機(jī)的HART手操器實(shí)現(xiàn)方法，包括基于智能手機(jī)的HART手操器，具體包括如下步驟
I)用戶在智能手機(jī)操作界面進(jìn)行命令操作，儲存卡內(nèi)HART組態(tài)軟件將相應(yīng)的操作代碼通過WIFI網(wǎng)絡(luò)傳給HART無線通信接口的WIFI模塊，WIFI模塊將信號送入HART無線通信接口的MCU微處理器；
2)MCU微處理器解析接收到的操作代碼，然后送入HART主站協(xié)議棧，HART主站協(xié)議棧進(jìn)行HART協(xié)議封裝并進(jìn)行時(shí)序控制后把數(shù)據(jù)送給HART調(diào)制解調(diào)模塊進(jìn)行信號調(diào)制，然后經(jīng)過信號調(diào)理模塊和直流隔離模塊后發(fā)送給現(xiàn)場HART設(shè)備；
3)從HART現(xiàn)場設(shè)備過來的HART信號在HART無線通信接口中通過直流隔離模塊，去掉4-20mA直流成分，再經(jīng)過信號調(diào)理模塊到達(dá)HART調(diào)制解調(diào)模塊，HART調(diào)制解調(diào)模塊解調(diào)后輸出數(shù)字信號，以UART接口方式送到MCU微處理器 ，MCU微處理器內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)的HART主站數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，HART主站數(shù)據(jù)鏈路層能夠接收來自HART現(xiàn)場設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)HART數(shù)據(jù)幀，并經(jīng)過解析處理后傳給應(yīng)用層，應(yīng)用層執(zhí)行解析后的命令代碼，并把處理結(jié)果通過WIFI網(wǎng)絡(luò)傳給智能手機(jī)，智能手機(jī)中的組態(tài)軟件分析WIFI中接收到的數(shù)據(jù)，顯示在用戶操作界面中。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明基于智能手機(jī)的HART手操器及實(shí)現(xiàn)方法，硬件平臺越來越強(qiáng)大，顯示分辨率越來越高，顯示效果越來越好，因而具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)數(shù)理能力及有好的用戶使用界面，提高了用戶使用體驗(yàn)；智能手機(jī)普及率很高，使用者隨手一拿就能實(shí)現(xiàn)與HART現(xiàn)場儀表通信的功能，具有靈活、便攜、實(shí)用、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)；全中文的操作界面，更加適合于國內(nèi)使用；無線通信接口中內(nèi)建完整的HART主站數(shù)據(jù)鏈路層，能兼容于所有HART現(xiàn)場設(shè)備；通過更換不同的無線通信接口，可以方便靈活的組裝成為符合各種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的通用手操器。


圖1為本發(fā)明基于智能手機(jī)的HART手操器結(jié)構(gòu)框 圖2為本發(fā)明基于智能手機(jī)的HART手操器中無線通信接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明基于智能手機(jī)的HART手操器數(shù)據(jù)收發(fā)過程示意 圖4為本發(fā)明基于智能手機(jī)的HART手操器實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示基于智能手機(jī)的HART手操器結(jié)構(gòu)框圖，包括一部安裝有智能操作系統(tǒng)(如IOS、Android、Windows Phone)的智能手機(jī)102、一個(gè)裝有HART組態(tài)軟件的儲存卡101、一個(gè)具有無線通信功能的HART無線通信接口 103。智能手機(jī)102和HART無線通信接口 103之間采用WIFI通信方式。HART無線通信接口 103和HART現(xiàn)場設(shè)備104之間采用標(biāo)準(zhǔn)的HART通信協(xié)議。如圖2所示無線通信接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，HART無線通信接口 103由三大部分組成第一部分是HART通信通道，主要用來傳輸HART數(shù)字信號，依次由直流隔離模塊206、信號調(diào)理模塊205、HART調(diào)制解調(diào)模塊204組成，確保發(fā)送和接收的HART信號都是標(biāo)準(zhǔn)的信號；第二部分是電源通道，主要用來調(diào)整內(nèi)部供電電壓以及給鋰電池充電，由電源調(diào)整模塊201，鋰電池207以及充電電路202組成；第三部分是數(shù)據(jù)處理及通信通道，實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)101和HART現(xiàn)場設(shè)備104之間的無線通信，由無線通信模塊203和MCU微處理器208組成。
圖3是本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)示意圖。以智能手機(jī)102接收數(shù)據(jù)為例，HART現(xiàn)場設(shè)備104過來的標(biāo)準(zhǔn)HART數(shù)據(jù)幀經(jīng)過HART物理層306傳到HART主站數(shù)據(jù)鏈路層305，經(jīng)過數(shù)據(jù)幀解析后傳到HART應(yīng)用層304，經(jīng)過命令解析并執(zhí)行后，將HART命令及包含的數(shù)據(jù)映射為上層通信協(xié)議的特定數(shù)據(jù)或協(xié)議格式經(jīng)過WIFI網(wǎng)絡(luò)303傳給智能操作系統(tǒng)302，智能操作系統(tǒng)302從儲存卡101中讀取組態(tài)軟件并執(zhí)行，最終把HART現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)顯示在用戶界面301中。智能手機(jī)102上實(shí)現(xiàn)用戶操作界面和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)收發(fā)功能，根據(jù)用戶的不用操作，發(fā)送不同的操作代碼給HART無線通信接口 103，并接收來自HART無線通信接口 103的數(shù)據(jù)，反饋給用戶相應(yīng)的組態(tài)信息；HART無線通信接口 103中內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)的HART主站數(shù)據(jù)鏈路層305和應(yīng)用層304，HART主站數(shù)據(jù)鏈路層305能夠接收來自HART現(xiàn)場設(shè)備104的標(biāo)準(zhǔn)HART數(shù)據(jù)幀，并經(jīng)過解析處理后傳給應(yīng)用層304，應(yīng)用層304執(zhí)行解析后的命令代碼，并把處理結(jié)果通過無線模塊傳給智能手機(jī)102 ;無線通信接口接收來自智能手機(jī)的操作代碼，執(zhí)行相應(yīng)的操作并組成標(biāo)準(zhǔn)HART數(shù)據(jù)幀，再經(jīng)過HART主站數(shù)據(jù)鏈路層305傳給HART現(xiàn)場設(shè)備104。
圖4是本發(fā)明專利的一個(gè)具體實(shí)施例的示意圖。其中智能手機(jī)選用的是蘋果公司的IPH0NE4手機(jī)402，由于其內(nèi)置FLASH儲存卡，因此我們儲存卡直接采用手機(jī)內(nèi)置的FLASH儲存卡401，HART通信接口 103采用自主研發(fā)的方式。HART通信接口 103中HART調(diào)制解調(diào)器選用的是A5191，MCU選用LPC1226FBD。IPH0NE4手機(jī)402接收現(xiàn)場HART設(shè)備104數(shù)據(jù)的過程是從HART現(xiàn)場設(shè)備過來的HART信號在HART通信接口 103中通過直流隔離模塊206，去掉4_20mA直流成分，再經(jīng)過信號調(diào)理模塊205到達(dá)HART調(diào)制解調(diào)模塊204，HART調(diào)制解調(diào)模塊204內(nèi)部有整形和濾波模塊，經(jīng)解調(diào)后輸出數(shù)字信號，最后以UART接口方式送到ARM微處理器LPC1226FBD。接收到的數(shù)據(jù)在ARM微處理器中經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈路層的過濾后到應(yīng)用層中進(jìn)行相應(yīng)的處理和協(xié)議轉(zhuǎn)換，最后通過WIFI網(wǎng)絡(luò)傳給IPH0NE4手機(jī)402。手機(jī)中的組態(tài)軟件分析WIFI中接收到的數(shù)據(jù)，如果是有效的數(shù)據(jù)，則顯示在用戶操作界面中?，F(xiàn)場HART設(shè)備104接收IPH0NE4手機(jī)402數(shù)據(jù)的過程是用戶在操作界面中進(jìn)行有效操作后，組態(tài)軟件會把相應(yīng)的操作代碼通過WIFI網(wǎng)絡(luò)傳給HART通信接口 103的WIFI模塊，WIFI模塊通過UART形式傳給HART通信接口 103中的ARM處理器LPC1226FBD。ARM處理器解析接收到的操作代碼，如果是有效操作則組成標(biāo)準(zhǔn)的HART數(shù)據(jù)幀，然后送入HART主站協(xié)議棧。HART主站協(xié)議棧進(jìn)行HART協(xié)議封裝并進(jìn)行時(shí)序控制后把數(shù)據(jù)送給HART調(diào)制解調(diào)模塊204進(jìn)行信號調(diào)制，然后經(jīng)過信號調(diào)理模塊205和直流隔離模塊206后發(fā)送給現(xiàn)場HART設(shè)備104。
權(quán)利要求
1.一種基于智能手機(jī)的HART手操器，其特征在于，包括一部安裝有智能操作系統(tǒng)的智能手機(jī)、一個(gè)裝有HART組態(tài)軟件的儲存卡、一個(gè)具有無線通信功能且內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)HART主站數(shù)據(jù)鏈路的HART無線通信接口，儲存卡置于智能手機(jī)中，智能手機(jī)和HART無線通信接口之間采用WIFI通信方式，HART無線通信接口和HART現(xiàn)場設(shè)備之間采用標(biāo)準(zhǔn)的HART通信協(xié)議。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于智能手機(jī)的HART手操器，其特征在于，所述HART無線通信接口由HART通信通道、電源通道和數(shù)據(jù)處理及通信通道組成，HART通信通道依次由直流隔離模塊、信號調(diào)理模塊、HART調(diào)制解調(diào)模塊組成；電源通道，由電源調(diào)整模塊，鋰電池以及充電電路組成；數(shù)據(jù)處理及通信通道，由無線通信模塊和MCU微處理器組成；HART現(xiàn)場設(shè)備通過HART通信通道傳輸HART標(biāo)準(zhǔn)信號，HART通信通道傳輸?shù)男盘査腿隡CU微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后通過無線通信模塊送出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于智能手機(jī)的HART手操器，其特征在于，所述智能手機(jī)選用蘋果公司的IPHONE智能手機(jī)，儲存卡直接采用IPHONE智能手機(jī)內(nèi)置的FLASH儲存卡，HART 無線通信接口中HART調(diào)制解調(diào)器選用A5191，MCU微處理器選用LPC1226FBD。
4.一種基于智能手機(jī)的HART手操器實(shí)現(xiàn)方法，包括基于智能手機(jī)的HART手操器，其特征在于，具體包括如下步驟1)用戶在智能手機(jī)操作界面進(jìn)行命令操作，儲存卡內(nèi)HART組態(tài)軟件將相應(yīng)的操作代碼通過WIFI網(wǎng)絡(luò)傳給HART無線通信接口的WIFI模塊，WIFI模塊將信號送入HART無線通信接口的MCU微處理器；2)MCU微處理器解析接收到的操作代碼，然后送入HART主站協(xié)議棧，HART主站協(xié)議棧進(jìn)行HART協(xié)議封裝并進(jìn)行時(shí)序控制后把數(shù)據(jù)送給HART調(diào)制解調(diào)模塊進(jìn)行信號調(diào)制，然后經(jīng)過信號調(diào)理模塊和直流隔離模塊后發(fā)送給現(xiàn)場HART設(shè)備；3)從HART現(xiàn)場設(shè)備過來的HART信號在HART無線通信接口中通過直流隔離模塊，去掉 4-20mA直流成分，再經(jīng)過信號調(diào)理模塊到達(dá)HART調(diào)制解調(diào)模塊，HART調(diào)制解調(diào)模塊解調(diào)后輸出數(shù)字信號，以UART接口方式送到MCU微處理器，MCU微處理器內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)的HART主站數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，HART主站數(shù)據(jù)鏈路層能夠接收來自HART現(xiàn)場設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)HART數(shù)據(jù)幀，并經(jīng)過解析處理后傳給應(yīng)用層，應(yīng)用層執(zhí)行解析后的命令代碼，并把處理結(jié)果通過WIFI 網(wǎng)絡(luò)傳給智能手機(jī)，智能手機(jī)中的組態(tài)軟件分析WIFI中接收到的數(shù)據(jù)，顯示在用戶操作界面中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于智能手機(jī)的HART手操器及實(shí)現(xiàn)方法，包括一部安裝有智能操作系統(tǒng)的智能手機(jī)、一個(gè)裝有HART組態(tài)軟件的儲存卡、一個(gè)具有無線通信功能的HART無線通信接口，儲存卡置于智能手機(jī)中，智能手機(jī)和HART無線通信接口之間采用WIFI通信方式，HART無線通信接口和HART現(xiàn)場設(shè)備之間采用標(biāo)準(zhǔn)的HART通信協(xié)議。智能手機(jī)普及率很高，使用者隨手就能實(shí)現(xiàn)與HART現(xiàn)場儀表通信的功能，具有靈活、便攜、實(shí)用、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)；無線通信接口中內(nèi)建完整的HART主站數(shù)據(jù)鏈路層，能兼容于所有HART現(xiàn)場設(shè)備；通過更換不同的無線通信接口，可以方便靈活的組裝成為符合各種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的通用手操器。
文檔編號H04M1/725GK103002129SQ20121046083
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者陳俊杰 申請人:上海工業(yè)自動化儀表研究院