1 引言

DeviceNet是全球使用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，主要用于工廠自動(dòng)化，它將工業(yè)設(shè)備（如：限位開(kāi)關(guān)、光電傳感器、閥組、馬達(dá)啟動(dòng)器、過(guò)程傳感器、變頻驅(qū)動(dòng)器、面板顯示器和 HMI）連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建成一個(gè) DeviceNet主從單元的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。最初它是由羅克韋爾自動(dòng)化提出的，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于美國(guó)，并在歐洲、日本和中國(guó)市場(chǎng)有顯著增長(zhǎng)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，絕大多數(shù)DeviceNet從站產(chǎn)品屬于I/O設(shè)備，其中通用離散I/O設(shè)備是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，但是用途最為廣泛，主要用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中不具備網(wǎng)絡(luò)功能的多種離散I/O設(shè)備。例如按鈕、開(kāi)關(guān)、電磁閥、繼電器、指示燈等。本文將介紹如何快速實(shí)現(xiàn)通用離散I/O設(shè)備的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

2 使您的I/O設(shè)備快速實(shí)現(xiàn)DeviceNet功能

廣州致遠(yuǎn)電子有限公司長(zhǎng)期致力于DeviceNet產(chǎn)品的研發(fā)，推出了一款非常易于使用、穩(wěn)定可靠的DeviceNet從站協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊——XGate-DVN10。作為通用設(shè)備的XGate-DVN10,其內(nèi)部已經(jīng)集成了DeviceNet從站協(xié)議棧代碼，且所有功能均通過(guò)ODVA的一致性測(cè)試軟件(A21)的測(cè)試，所以保證了與其他DeviceNet設(shè)備的良好兼容性。XGate-DVN10外觀如圖1所示。

圖1 XGate-DVN10外觀圖

XGate-DVN10為DIP24封裝，擁有較小的占位面積（6 cm2），使其更容易集成到用戶設(shè)備中。其硬件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

3 通用I/O設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)8路數(shù)字量輸入和8路數(shù)字量輸出的通用設(shè)備。在本小節(jié)中主要介紹如何為XGate-DVN10設(shè)計(jì)合適的底板。由于實(shí)現(xiàn)的是通用I/O數(shù)字量的輸入輸出，功能相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，因此控制器選用經(jīng)典的51系列單片機(jī)P89V51RD2，該芯片擁有 1 KB的RAM以及32 KB的 Flash。

圖2 設(shè)計(jì)框圖

圖3所示為XGate-DVN10與MCU之間的連接原理圖，通常情況下只需要連接通信接口（UART）和 XGate-DVN10的中斷輸出信號(hào)，就可與模塊進(jìn)行正常的通信。在特殊情況下，可連接模塊的復(fù)位線至控制器的I/O端口，以便于控制XGate-DVN10復(fù)位。

圖3 控制器與XGate-DVN10連接電路設(shè)計(jì)

圖4所示為XGate-DVN10的CAN總線連接原理圖。為了使設(shè)計(jì)更加快速和簡(jiǎn)單，CAN收發(fā)器使用了CTM8251T模塊，該模塊集成了CAN收發(fā)器、電氣隔離、TVS總線保護(hù)等措施，從而使CAN總線通信更加穩(wěn)定可靠。

圖4 XGate-DVN10與CAN網(wǎng)絡(luò)連接電路設(shè)計(jì)

對(duì)于數(shù)字量輸入輸出端口的設(shè)計(jì)，不同行業(yè)有著不同的要求，對(duì)于干擾強(qiáng)、信號(hào)變化幅度大的場(chǎng)合建議加強(qiáng)對(duì)I/O端口的信號(hào)隔離、信號(hào)濾波以及信號(hào)鉗位等保護(hù)措施。用戶可以使用繼電器、信號(hào)調(diào)理模塊，以及其他的硬件保護(hù)來(lái)增強(qiáng)數(shù)字量輸入輸出的抗干擾能力。

4 軟件設(shè)計(jì)

XGate-DVN10使用UART接口與MCU進(jìn)行通信，用戶可以將它看成一個(gè)可讀寫(xiě)內(nèi)存區(qū)，如圖5所示，發(fā)送相應(yīng)的命令以更新和獲取總線上的數(shù)據(jù)。為了方便用戶快速可靠地實(shí)現(xiàn)通信，廣州致遠(yuǎn)電子有限公司提供了XGate-DVN10串口協(xié)議的驅(qū)動(dòng)源碼。

圖5 軟件流程圖

XGate-DVN10協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的內(nèi)存區(qū)大小由用戶自定義，同時(shí)XGate-DVN10支持DeviceNet規(guī)范的四種連接類(lèi)型，并為每個(gè)連接分配了最大I/O報(bào)文為128 B的內(nèi)存。本設(shè)計(jì)中只有8路數(shù)字量輸入和8路數(shù)字量輸出的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需要傳輸，因此輸入輸出分別只需要一個(gè)字節(jié)的內(nèi)存區(qū)即可，連接類(lèi)型可根據(jù)實(shí)際需要選擇。

本文以XGate-DVN10使用輪詢連接、MCU采用中斷方式接收數(shù)據(jù)為例，用戶程序軟件流程如圖5所示。當(dāng)XGate-DVN10的輸出內(nèi)存區(qū)接收到DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之后就會(huì)立即向用戶MCU產(chǎn)生一個(gè)中斷，此時(shí)用戶可以通過(guò)UART發(fā)送相關(guān)命令字讀取輪詢連接的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

使用DeviceNet總線產(chǎn)品構(gòu)成系統(tǒng)是非常方便的，只要產(chǎn)品符合DeviceNet規(guī)范，就可以方便地接入系統(tǒng)。如果用戶只提供從站設(shè)備，則可以自由選用不同廠商的從站、主站、上位機(jī)軟件，方便地配置連接構(gòu)成穩(wěn)定、健碩的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，這就是開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)。目前DeviceNet已經(jīng)是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其一致性測(cè)試中國(guó)測(cè)試中心也已經(jīng)成立，為國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、應(yīng)用DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備提供了橋梁。

廣州致遠(yuǎn)電子有限公司提供各種接口的DeviceNet接口卡、DeviceNet終端設(shè)備（包括數(shù)據(jù)采集，電機(jī)控制等）、DeviceNet分析儀、網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)橋、OPC服務(wù)器以及基于DeviceNet協(xié)議的整套組網(wǎng)方案及應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

5 與主站設(shè)備組網(wǎng)

在設(shè)備組網(wǎng)中，使用了便攜性極高的USB接口DeviceNet主站卡——USBCAN-E-D，利用設(shè)備自帶的軟件“CANManager for DeviceNet”通過(guò) EDS文件將離散I/O設(shè)備添加至DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中。EDS文件導(dǎo)入成功之后，主站卡控制界面顯示當(dāng)前連接的狀態(tài)及I/O（輪詢）數(shù)據(jù)區(qū)，如圖6所示，其中輪詢輸入數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示離散輸入的狀態(tài)，輪詢輸出則指示了輸出狀態(tài)。

圖6 組網(wǎng)成功顯示通信界面

從上文中可以了解到如何使用XGate-DVN10快速而簡(jiǎn)便地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DeviceNet離散 I/O設(shè)備。XGate-DVN10以其小巧的體積、強(qiáng)大而穩(wěn)定的功能、簡(jiǎn)單而可靠的設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)，使其可以很方便地嵌入到各種類(lèi)型的應(yīng)用中。XGate-DVN10的出現(xiàn)，使開(kāi)發(fā)者不用再為開(kāi)發(fā)DeviceNet協(xié)議棧而苦惱，DeviceNet從站產(chǎn)品短期上市也不再是夢(mèng)想。

廣州致遠(yuǎn)電子有限公司于2002年8月加入ODVA協(xié)會(huì)，并提供各種接口的 DeviceNet接口卡、DeviceNet終端設(shè)備（包括數(shù)據(jù)采集，電機(jī)控制等）、DeviceNet分析儀、網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)橋、OPC服務(wù)器以及基于DeviceNet協(xié)議的整套組網(wǎng)方案及應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

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