如何快速開發DeviceNet傳感器設備——基于DeviceNet協議的XGate-DVN10應用

1 引言

傳感器設備是工業自動化、儀器儀表及其他生產活動中使用最廣泛的設備之一。傳感器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。早期傳感器設備都是直接與控制器進行連接，并且各個傳感器設備之間無法進行通信。在一個龐大的控制系統中，可能擁有各種各樣的傳感器設備，采用傳統的點對點通信方式，會導致整個系統布線復雜、運行效率低、維護成本高等缺點。CAN總線的推出使得系統布線得到最大程度的改善，基于CAN總線應用層的DeviceNet協議不僅改變了設備與控制系統之間的通信方式，更增加了設備級的診斷功能。

本期文章將介紹如何利用XGate-DVN10模塊設計一款基于DeviceNet從站協議的多功能傳感器模塊。

2 XGate-DVN10簡介

廣州致遠電子有限公司長期致力于DeviceNet產品的研發，推出了一款非常易于使用、穩定可靠的DeviceNet從站協議轉換模塊——XGate-DVN10。作為通用DeviceNet從站設備，其內部已經集成了從站協議棧代碼，且所有功能通過了ODVA的一致性測試軟件（A21）的測試，保證了與其他DeviceNet設備的良好兼容性。

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備中。其硬件設計比較簡單，圖1所示為XGate-DVN10應用簡圖，用戶只需要將模塊嵌入到傳感器設備中，與CPU的串口連接便可完成設計。

圖1 設計框圖

3 傳感器模塊硬件設計

通過本文的介紹，讀者可以清楚地了解怎樣使用XGate-DVN10設計一款具有DeviceNet從站通信能力的傳感器設備。

本文所設計的傳感器系統包含了4路溫度和8路霍爾傳感器信號。溫度傳感器使用線性度較好的模擬溫度傳感器，并采用12位的模擬數字轉換芯片（A/D）對信號進行采集。霍爾傳感器可用于檢測磁性物質的位置狀態，當具有磁性的物體靠近霍爾傳感器時，霍爾傳感器會輸出一個低電平（0），否則就輸出高電平（1）。

硬件設計分為傳感器采集部分和XGate-DVN10連接部分，如圖2和圖3所示。

本設計中使用了 ARM7處理器（LPC2132），其運行速度快，最高可達72 MHz，并且擁有64 KB的Flash程序存儲空間以及16 KB的RAM空間，可滿足大部分應用場合的需求。模擬數字轉換選用12位精度的轉換芯片，完成對溫度傳感器輸出信號的采集，并以數字信號的方式提供給處理器。霍爾傳感器的輸出信號為邏輯電平（0，1），由于其驅動能力較弱，因此在其輸出端增加一個I/O驅動器來增強其驅動能力，通常使用總線驅動芯片 74HC245或 74HC244。

XGate-DVN10提供一路串口與CPU進行連接，該串口負責CPU與XGate-DVN10的全部數據交換和傳輸控制命令，同時LPC2132的I/O端口連接XGate-DVN10的復位引腳，可靈活地對XGate-DVN10進行復位操作。XGate-DVN10提供了節點地址和波特率設置接口，因此使用DIP撥碼開關來設置XGate-DVN10的節點地址和波特率。XGate-DVN10同時還提供了設備狀態指示燈接口，用于指示當前 XGate-DVN10(DeviceNet從站)的工作狀態，并符合DeviceNet規范指示燈標準。

4 傳感器模塊軟件設計

XGate-DVN10支持DeviceNet規范的4種連接類型（位選通、輪詢、狀態改變/循環），并為每種連接方式分配了最大I/O報文為128 B的內存，內存視圖如圖4所示。

圖4 XGate-DVN10內存視圖

XGate-DVN10協議轉換模塊的內存區大小可由用戶自定義，用戶可以根據不同的應用場合，選擇合適的連接類型和支持的I/O報文長度。

本系統設計的溫度范圍為0～100℃，溫度數據的采集采用12位的A/D轉換器，因此每一路的溫度需要使用2 B來存放。由于溫度發生變化慢，只要在發生變化的時間內進行檢測即可，因此采用輪詢的通信方式，這樣可以靈活地設定輪詢通信時間，以降低網絡的負載量。霍爾傳感器的輸出為開關狀態，每一路霍爾傳感器占用1 bit，因此8路的霍爾傳感器只占用1 B，可以采用狀態改變連接方式，當霍爾傳感器檢測到當前狀態發生改變，從站主動向主站發送數據，實時性更加得到保證。

用戶只需要將溫度傳感器和霍爾傳感器的數據分別寫入到XGate-DVN10輪詢、狀態改變的輸入緩沖區，XGate-DVN10就會按照DeviceNet協議的定義對數據進行解析處理，同樣來自DeviceNet網絡中控制信息也會經過解析之后分別存放于輪詢和狀態改變數據輸出區，用戶只需要讀出即可。

為了方便用戶快速可靠地實現通信，廣州致遠電子有限公司提供了XGate-DVN10串口協議的驅動源碼。用戶程序軟件操作流程如圖5所示。當XGate-DVN10的輸出內存區接收到DeviceNet網絡中的實時數據之后就會立即向用戶MCU產生一個中斷，此時用戶可以通過UART發送相關命令字讀取輪詢連接的數據內容，用戶可將實時更新的傳感器數據寫入輸入緩沖區，XGate-DVN10自動發送至主站。

圖5 XGate-DVN10軟件設計流程圖

5 結語

經過以上步驟，快速地實現了一款具有DeviceNet通信能力的溫度及霍爾傳感器系統，并能與標準的DeviceNet主站或DeviceNet從站進行通信。因此XGate-DVN10的出現，使開發者不用再為開發DeviceNet協議棧而苦惱，DeviceNet產品短期上市也不再是夢想。

廣州致遠電子有限公司提供各種接口的DeviceNet接口卡、DeviceNet終端設備(包括數據采集，電機控制等)、DeviceNet分析儀、網關及網橋、OPC服務器以及基于DeviceNet協議的整套組網方案及應用開發。