沈阳中科博微自动化技术有限公司（以下简称‘中科博微’）为广大现场设备制造商量身定制了多款嵌入式协议转换模块，支持将MODBUS RTU协议（以下简称‘MODBUS’协议）从站设备链接到多种现场总线系统中。M0310嵌入式MODBUS转HART模块（以下简称‘HART模块’）的功能是将MODBUS 协议从站设备转换为HART协议从站设备。

一.1转换逻辑

HART模块可以将MODBUS协议的流量、物位仪表转换成HART协议的流量、物位仪表。

HART模块（M0310）是一款将MODBUS设备类别中输入型设备转换成HART 电流输出型设备的嵌入式转换模块。HART模块嵌入到MODBUS 协议输入型设备（流量、物位等测量仪表）中，通过TTL电平信号运行MODBUS 应用层协议。HART模块作为MODBUS主站、HART从站将MODBUS设备中数据寄存器（如输入寄存器、保持寄存器）的数据转换到HART命令所用动态变量中。例如一台流量计中地址为30000（范围1-65536）的保持寄存器所存放的是瞬时流量值，那么我们可以将该保持寄存器配置给HART模块的设备变量0（范围0-5），然后再将设备变量0指定为主变量（或第二、三、四变量），转换逻辑见下图所示。

图1.1 数据映射逻辑图

HART模块作为一款通用型产品，要面对各种MODBUS设备的不同接口特征（从站地址、通信速率、通信校验方式等）、数据存储方式（数据寄存器地址、数据类型、字节排列顺序等）以及终端用户对HART动态变量分配（数据寄存器映射到设备变量、设备变量映射到动态变量）的要求，这些都可以由设备制造商再次配置。

使用中科博微提供的上位机组态软件可以做上述配置，或具有DD文件解析能力的HART主站（如PC机、手操器）导入中科博微提供的HART模块DD文件，也可以做上述配置。HART主站是通过HART通信的方式对HART模块进行配置，以确定HART模块与MODBUS设备间的接口特征，数据存储方式以及设备变量到HART动态变量的映射。

经过上述配置，HART主站设备使用HART命令就可以访问HART模块的动态变量，从而实现了MODBUS数据寄存器（如存储流量计的瞬时流量值）中的数据到HART主站的数字化传送。

一.2模拟电流输出

HART模块中4-20mA模拟电流输出值传递的是HART动态变量中主变量（PV）的测量值。例如流量计的瞬时流量被指定为HART主变量，当瞬时流量值达到量程的一半时，HART模块输出12.000mA。HART模块在连续运行时，不断比较主变量值与主变量量程上、下限值，当主变量值达到主变量量程上限时，HART模块对应输出模拟电流20.000mA，当主变量值低到主变量零点时，HART模块对应输出模拟电流4.000mA。

当主变量值超出主变量量程上、下限范围时，HART模块输出固定电流，指示主变量超出量程范围，此时电流值称为饱和输出电流。当主变量值高于主变量量程上限值时，HART模块输出固定电流20.800mA；低于主变量量程下限值时，HART模块输出固定电流3.800mA。

HART模块另具有一组故障报警固定电流输出功能，可通过HART模块上的跳线选择高电流报警或是低电流报警。当选择高电流报警、HART模块检测到故障时，则输出21.750mA；当选择低电流报警、HART模块检测到故障时，则输出3.750mA。

表1.1 HART模块的两组固定输出电流值列表

当HART模块轮询地址被设置成非‘0’时，无论主变量测量值在量程内是多少，HART模块模拟通道输出固定电流4.000mA。只有轮询地址设置成‘0’时，才允许HART模块输出与主变量对应的4-20mA模拟电流。

一.3配置接口

HART模块处于HART总线与MODBUS设备之间，通过背面插座插接在现场设备的主控制板（以下称用户板）上，外接HART总线，内部连接现场设备，见下图。

图1.2 配置HART模块接线图

以PC机作主站设备，通过HART总线（四线制）连接现场设备为例。直流稳压电源（POWER1：9-36VDC）串接匹配电阻（250Ω）形成HART总线，接入HART模块；现场设备由另两根电源线供电。PC机通过USB接口（或RS-232接口）连接HART调制解调器，HART调制解调器（中科博微提供的）另一侧为无极性区别的两只鳄鱼夹，夹在匹配电阻两侧。PC机运行中科博微的上位机组态软件即可对HART模块进行配置。配置后的HART模块与现场设备作为一个整体，成为HART现场设备可接入其它HART网络。

当使用具有DD文件解析能力的手操器进行配置时，只要用手操器替换上图中的PC机与HART调制解器即可。

一.4硬件用户接口

HART模块采用2.54mm间距16芯（IDC16，2x8）的标准插座（JP3）插接用户板，管脚序号定义见下图，管脚功能说明见表1.2。HART总线在用户板上走线时，HART总线由插座中的两个管脚引入HART模块。