如何快速开发DeviceNet离散I/O设备——基于XGate-DVN10设计的从站产品<br/>

如何快速开发DeviceNet离散I/O设备——基于XGate-DVN10设计的从站产品

2011-08-13广州致远电子有限公司

电子技术应用 2011年4期

1 引言

DeviceNet是全球使用最广泛的现场总线之一，主要用于工厂自动化，它将工业设备（如：限位开关、光电传感器、阀组、马达启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和 HMI）连接成一个网络，构建成一个 DeviceNet主从单元的现场工业网络控制系统。最初它是由罗克韦尔自动化提出的，现在已广泛应用于美国，并在欧洲、日本和中国市场有显著增长。

据统计，绝大多数DeviceNet从站产品属于I/O设备，其中通用离散I/O设备是一个相对简单的网络设备，但是用途最为广泛，主要用于连接工业控制系统中不具备网络功能的多种离散I/O设备。例如按钮、开关、电磁阀、继电器、指示灯等。本文将介绍如何快速实现通用离散I/O设备的设计及应用。

2 使您的I/O设备快速实现DeviceNet功能

广州致远电子有限公司长期致力于DeviceNet产品的研发，推出了一款非常易于使用、稳定可靠的DeviceNet从站协议转换模块——XGate-DVN10。作为通用设备的XGate-DVN10,其内部已经集成了DeviceNet从站协议栈代码，且所有功能均通过ODVA的一致性测试软件(A21)的测试，所以保证了与其他DeviceNet设备的良好兼容性。XGate-DVN10外观如图1所示。

图1 XGate-DVN10外观图

XGate-DVN10为DIP24封装，拥有较小的占位面积（6 cm2），使其更容易集成到用户设备中。其硬件设计比较简单，设计框图如图2所示。

3 通用I/O设备硬件设计

本设计实现8路数字量输入和8路数字量输出的通用设备。在本小节中主要介绍如何为XGate-DVN10设计合适的底板。由于实现的是通用I/O数字量的输入输出，功能相对来说比较简单，因此控制器选用经典的51系列单片机P89V51RD2，该芯片拥有 1 KB的RAM以及32 KB的 Flash。

图2 设计框图

图3所示为XGate-DVN10与MCU之间的连接原理图，通常情况下只需要连接通信接口（UART）和 XGate-DVN10的中断输出信号，就可与模块进行正常的通信。在特殊情况下，可连接模块的复位线至控制器的I/O端口，以便于控制XGate-DVN10复位。

图3 控制器与XGate-DVN10连接电路设计

图4所示为XGate-DVN10的CAN总线连接原理图。为了使设计更加快速和简单，CAN收发器使用了CTM8251T模块，该模块集成了CAN收发器、电气隔离、TVS总线保护等措施，从而使CAN总线通信更加稳定可靠。

图4 XGate-DVN10与CAN网络连接电路设计

对于数字量输入输出端口的设计，不同行业有着不同的要求，对于干扰强、信号变化幅度大的场合建议加强对I/O端口的信号隔离、信号滤波以及信号钳位等保护措施。用户可以使用继电器、信号调理模块，以及其他的硬件保护来增强数字量输入输出的抗干扰能力。

4 软件设计

XGate-DVN10使用UART接口与MCU进行通信，用户可以将它看成一个可读写内存区，如图5所示，发送相应的命令以更新和获取总线上的数据。为了方便用户快速可靠地实现通信，广州致远电子有限公司提供了XGate-DVN10串口协议的驱动源码。

图5 软件流程图

XGate-DVN10协议转换模块的内存区大小由用户自定义，同时XGate-DVN10支持DeviceNet规范的四种连接类型，并为每个连接分配了最大I/O报文为128 B的内存。本设计中只有8路数字量输入和8路数字量输出的实时数据需要传输，因此输入输出分别只需要一个字节的内存区即可，连接类型可根据实际需要选择。

本文以XGate-DVN10使用轮询连接、MCU采用中断方式接收数据为例，用户程序软件流程如图5所示。当XGate-DVN10的输出内存区接收到DeviceNet网络中的实时数据之后就会立即向用户MCU产生一个中断，此时用户可以通过UART发送相关命令字读取轮询连接的数据内容。

使用DeviceNet总线产品构成系统是非常方便的，只要产品符合DeviceNet规范，就可以方便地接入系统。如果用户只提供从站设备，则可以自由选用不同厂商的从站、主站、上位机软件，方便地配置连接构成稳定、健硕的DeviceNet网络，这就是开放式现场总线的优点。目前DeviceNet已经是中国国家标准，其一致性测试中国测试中心也已经成立，为国内开发、生产、销售、应用DeviceNet现场总线设备提供了桥梁。

广州致远电子有限公司提供各种接口的DeviceNet接口卡、DeviceNet终端设备（包括数据采集，电机控制等）、DeviceNet分析仪、网关及网桥、OPC服务器以及基于DeviceNet协议的整套组网方案及应用开发。

5 与主站设备组网

在设备组网中，使用了便携性极高的USB接口DeviceNet主站卡——USBCAN-E-D，利用设备自带的软件“CANManager for DeviceNet”通过 EDS文件将离散I/O设备添加至DeviceNet网络中。EDS文件导入成功之后，主站卡控制界面显示当前连接的状态及I/O（轮询）数据区，如图6所示，其中轮询输入数据实时显示离散输入的状态，轮询输出则指示了输出状态。

图6 组网成功显示通信界面

从上文中可以了解到如何使用XGate-DVN10快速而简便地设计和实现一个标准的DeviceNet离散 I/O设备。XGate-DVN10以其小巧的体积、强大而稳定的功能、简单而可靠的设计等优势，使其可以很方便地嵌入到各种类型的应用中。XGate-DVN10的出现，使开发者不用再为开发DeviceNet协议栈而苦恼，DeviceNet从站产品短期上市也不再是梦想。

广州致远电子有限公司于2002年8月加入ODVA协会，并提供各种接口的 DeviceNet接口卡、DeviceNet终端设备（包括数据采集，电机控制等）、DeviceNet分析仪、网关及网桥、OPC服务器以及基于DeviceNet协议的整套组网方案及应用开发。