基于DN1022的DeviceNet總線產(chǎn)品設(shè)計

張士全 袁虎 陸偉青

（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801）

    摘要： 以基于CAN的DeviceNet技術(shù)為基礎(chǔ)，采用DeviceNet從站協(xié)議芯片DN1022和意法半導(dǎo)體公司的32位單片機(jī)STM32F051R8T6為智能電機(jī)保護(hù)器設(shè)計了一款DeviceNet從站模塊，并介紹了DeviceNet網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建方法。

    0 引言

    隨著工業(yè)現(xiàn)場底層設(shè)備的種類越來越多，功能越來越強(qiáng)大，現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。基于CAN總線的DeviceNet技術(shù)，由美國Rockwell公司提出，并由ODVA（Open DeviceNet Vendors Association）進(jìn)一步開發(fā)并做一致性認(rèn)證。其憑借低成本、高性能、設(shè)備級診斷等優(yōu)異的性能在國際上得到了普遍的采用。DeviceNet協(xié)議主要應(yīng)用于汽車、半導(dǎo)體、電氣機(jī)器、運(yùn)送傳輸系統(tǒng)、食品、水處理、沖壓與注塑等領(lǐng)域。^[1]

    目前開發(fā)該協(xié)議的方式有：

    （1）向ODVA購買協(xié)議規(guī)范，自己完成協(xié)議開發(fā)，此種方式對研發(fā)要求高，優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是開發(fā)時間較長。

    （2）購買第三方協(xié)議包開發(fā)。現(xiàn)在市場上一些大的自動化廠商（如德國赫優(yōu)訊）提供DeviceNet協(xié)議包，供應(yīng)商可向其購買開發(fā)。協(xié)議開發(fā)包的功能全面，但成本較高、有一定的技術(shù)難度。

    （3）購買協(xié)議模塊。一些自動化廠商（如ANYBUS、赫優(yōu)訊）提供集成了DeviceNet協(xié)議的IC模塊，供應(yīng)商只需要將此IC設(shè)計到產(chǎn)品的內(nèi)部并利用串口等進(jìn)行一些簡單的設(shè)置即可。這種方式簡便、開發(fā)周期短，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)固定、成本較高。

    （4）協(xié)議芯片。DN1022內(nèi)部集成了DeviceNet協(xié)議從站功能，集成度高、封裝簡單，滿足一般的DeviceNet從節(jié)點(diǎn)功能要求，而且成本低、易開發(fā)、不受結(jié)構(gòu)限制。^[2][3][4]

    介紹了一種基于DN1022芯片的電機(jī)保護(hù)器DeviceNet從站功能模塊的開發(fā)，不僅實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場控制系統(tǒng)對電機(jī)重要參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)等的實(shí)時監(jiān)控，還可完成總線對電機(jī)的遠(yuǎn)程啟/停控制，為工業(yè)生產(chǎn)帶來了很大便利。

    1 智能電機(jī)保護(hù)器的DeviceNet通訊模塊開發(fā)

    安科瑞電氣股份有限公司為改公司的電機(jī)保護(hù)器開發(fā)了一款DeviceNet從站通訊模塊，并將其集成在產(chǎn)品內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了儀表與通訊模塊的一體化結(jié)構(gòu)，非常便于工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的組網(wǎng)安裝。改模塊的開發(fā)基于DeviceNet從站協(xié)議芯片DN1022和意法半導(dǎo)體的CPU芯片STM32F051。

    1.1 主要芯片介紹

    1.1.1 控制器

    MCU芯片采用意法半導(dǎo)體公司的Cortex™-M0架構(gòu)內(nèi)核的32位處理器STM32F051R8T6，時鐘頻率高達(dá)48MHz，內(nèi)置64 Kb的Flash、8K的RAM、1個12位D/A 轉(zhuǎn)換器 、11個定時器 、5通道 DMA 控制器 、55個高速 I/O口 、2個 I2C 接口、2個USART、時鐘管理等多種資源，具有很高的性價比。

    1.1.2 DN1022協(xié)議芯片

    DN1022芯片內(nèi)置DeviceNet Group2 Only Slave從站協(xié)議棧,具有內(nèi)置的CAN口和DeviceNet處理引擎，高速串行口、并行口和配置口。用戶處理器可通過高速串口或者并口和該協(xié)議芯片通信，只需實(shí)現(xiàn)一個簡單的通信協(xié)議即可。^[5]

    DN1022技術(shù)指標(biāo)：

    ◆支持最大64個輸入字節(jié)，64個輸出字節(jié)

    ◆支持POLL(輪詢)、COS（狀態(tài)改變）、CYCLIC(循環(huán))三種數(shù)據(jù)觸發(fā)方式

    ◆內(nèi)置CAN控制器

    ◆芯片供電電壓 3.0V-5.5V

    1.2 硬件功能框圖

    DeviceNet從站模塊的硬件功能如圖1所示。設(shè)備上電后，用戶CPU從保護(hù)器讀取對DN1022的配置數(shù)據(jù)。讀取成功并配置完成DN1022后，將DN1022設(shè)定為運(yùn)行態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)下，保護(hù)器與DeviceNet主站間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。工作指示燈顯示模塊CPU的配置、DN1022的初始化及CPU讀取保護(hù)器數(shù)據(jù)的狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)指示燈顯示DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

圖1 DeviceNet從站模塊的硬件功能

    1.3 DN1022工作原理介紹

    （1）配置：設(shè)備上電后，用戶處理器對DN1022進(jìn)行配置，過程如圖2所示。需要配置的參數(shù)有地址、波特率、Network Input連接長度、Network output連接長度等。

圖2 DN1022配置

    （2）I/O數(shù)據(jù)交換，過程如圖3所示。DN1022內(nèi)部有一個I/O數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，DeviceNet主站與DN1022之間的數(shù)據(jù)交互是異步進(jìn)行的。

圖3 DeviceNet主站、DN1022、用戶CPU間的I/O數(shù)據(jù)交換

    1.4 軟件設(shè)計

    軟件設(shè)計用C語言完成。主要包括CPU 的初始化、讀保護(hù)器配置命令、DN1022配置、保護(hù)器與DeviceNet主站間的交互數(shù)據(jù)等。

    軟件主程序：

    int main(void)

    {

    CPU_INIT(); //CUP初始化

    disp(1); //CUP正常工作，指示燈閃爍第1下

    read_setting();

    set_1022(); //配置DN1022

    while (1)

    {

    read_master(); //讀取實(shí)時參數(shù)

    PrepareIOrequest(); //給DeviceNet主站上傳保護(hù)器數(shù)據(jù)

    ； //出錯異常處理

    }

    }

    軟件流程如圖4所示。