HART協(xié)議是一種在4-20mA模擬信號上疊加數(shù)字信號的通訊協(xié)議，它可以實現(xiàn)現(xiàn)場設備和主機之間的雙向數(shù)字通訊，同時保證與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。HART協(xié)議使用OSI標準的第一層物理層、第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應用層。HART協(xié)議是一種主從協(xié)議，支持雙主站，一對電纜線上最多可以連接15個從設備。

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

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：長幀和短幀。長幀的地址由五個字節(jié)組成，可以表示制造商ID、設備類型和設備序列號。短幀的地址由一個字節(jié)組成，只能表示0~15的從機地址。每個數(shù)據(jù)幀由前導符、定界符、地址、命令、數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)和校驗字節(jié)組成。校驗字節(jié)是從定界符到數(shù)據(jù)的所有字節(jié)的異或值，用于檢測數(shù)據(jù)幀是否有誤。

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

HART協(xié)議的通訊方式有兩種：點對點模式和多點模式。點對點模式是指主機和從機之間進行一對一的通訊，可以是問答式或突發(fā)式。問答式是指主機發(fā)送請求幀，從機回復應答幀。突發(fā)式是指從機自動連續(xù)地發(fā)送信息，無需主機請求。點對點模式下，主變量可以以模擬形式輸出，也可以以數(shù)字形式讀出。多點模式是指主機和多個從機之間進行一對多的通訊，只能是問答式。多點模式下，模擬輸出信號不再有效，系統(tǒng)以數(shù)字形式讀取并聯(lián)到一對傳輸線上的多個從機的信息。

HART協(xié)議具有以下優(yōu)點：

- 可以在現(xiàn)有的4-20mA模擬信號上疊加一個高頻的數(shù)字信號，實現(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，同時提供額外的測量、過程參數(shù)、設備配置、校準和診斷信息。

- 可以實現(xiàn)不同廠商和設備之間的標準化和互操作性。

- 可以實現(xiàn)多點通信，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，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：

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

- 數(shù)據(jù)長度也較短，最多只能傳輸25個字節(jié)。這限制了HART協(xié)議的數(shù)據(jù)量和復雜度。

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

- 設備數(shù)量也較少，最多只能連接15個從設備。這限制了HART協(xié)議的網(wǎng)絡規(guī)模和擴展性。

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