如何快速開發DeviceNet離散I/O設備——基于XGate-DVN10設計的從站產品

1 引言

DeviceNet是全球使用最廣泛的現場總線之一，主要用于工廠自動化，它將工業設備（如：限位開關、光電傳感器、閥組、馬達啟動器、過程傳感器、變頻驅動器、面板顯示器和 HMI）連接成一個網絡，構建成一個 DeviceNet主從單元的現場工業網絡控制系統。最初它是由羅克韋爾自動化提出的，現在已廣泛應用于美國，并在歐洲、日本和中國市場有顯著增長。

據統計，絕大多數DeviceNet從站產品屬于I/O設備，其中通用離散I/O設備是一個相對簡單的網絡設備，但是用途最為廣泛，主要用于連接工業控制系統中不具備網絡功能的多種離散I/O設備。例如按鈕、開關、電磁閥、繼電器、指示燈等。本文將介紹如何快速實現通用離散I/O設備的設計及應用。

2 使您的I/O設備快速實現DeviceNet功能

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。作為通用設備的XGate-DVN10,其內部已經集成了DeviceNet從站協議棧代碼，且所有功能均通過ODVA的一致性測試軟件(A21)的測試，所以保證了與其他DeviceNet設備的良好兼容性。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備中。其硬件設計比較簡單，設計框圖如圖2所示。

3 通用I/O設備硬件設計

本設計實現8路數字量輸入和8路數字量輸出的通用設備。在本小節中主要介紹如何為XGate-DVN10設計合適的底板。由于實現的是通用I/O數字量的輸入輸出，功能相對來說比較簡單，因此控制器選用經典的51系列單片機P89V51RD2，該芯片擁有 1 KB的RAM以及32 KB的 Flash。

圖2 設計框圖

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，就可與模塊進行正常的通信。在特殊情況下，可連接模塊的復位線至控制器的I/O端口，以便于控制XGate-DVN10復位。

圖3 控制器與XGate-DVN10連接電路設計

圖4所示為XGate-DVN10的CAN總線連接原理圖。為了使設計更加快速和簡單，CAN收發器使用了CTM8251T模塊，該模塊集成了CAN收發器、電氣隔離、TVS總線保護等措施，從而使CAN總線通信更加穩定可靠。

圖4 XGate-DVN10與CAN網絡連接電路設計

對于數字量輸入輸出端口的設計，不同行業有著不同的要求，對于干擾強、信號變化幅度大的場合建議加強對I/O端口的信號隔離、信號濾波以及信號鉗位等保護措施。用戶可以使用繼電器、信號調理模塊，以及其他的硬件保護來增強數字量輸入輸出的抗干擾能力。

4 軟件設計

XGate-DVN10使用UART接口與MCU進行通信，用戶可以將它看成一個可讀寫內存區，如圖5所示，發送相應的命令以更新和獲取總線上的數據。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。

圖5 軟件流程圖

XGate-DVN10協議轉換模塊的內存區大小由用戶自定義，同時XGate-DVN10支持DeviceNet規范的四種連接類型，并為每個連接分配了最大I/O報文為128 B的內存。本設計中只有8路數字量輸入和8路數字量輸出的實時數據需要傳輸，因此輸入輸出分別只需要一個字節的內存區即可，連接類型可根據實際需要選擇。

本文以XGate-DVN10使用輪詢連接、MCU采用中斷方式接收數據為例，用戶程序軟件流程如圖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。

使用DeviceNet總線產品構成系統是非常方便的，只要產品符合DeviceNet規范，就可以方便地接入系統。如果用戶只提供從站設備，則可以自由選用不同廠商的從站、主站、上位機軟件，方便地配置連接構成穩定、健碩的DeviceNet網絡，這就是開放式現場總線的優點。目前DeviceNet已經是中國國家標準，其一致性測試中國測試中心也已經成立，為國內開發、生產、銷售、應用DeviceNet現場總線設備提供了橋梁。

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。

5 與主站設備組網

在設備組網中，使用了便攜性極高的USB接口DeviceNet主站卡——USBCAN-E-D，利用設備自帶的軟件“CANManager for DeviceNet”通過 EDS文件將離散I/O設備添加至DeviceNet網絡中。EDS文件導入成功之后，主站卡控制界面顯示當前連接的狀態及I/O（輪詢）數據區，如圖6所示，其中輪詢輸入數據實時顯示離散輸入的狀態，輪詢輸出則指示了輸出狀態。

圖6 組網成功顯示通信界面

從上文中可以了解到如何使用XGate-DVN10快速而簡便地設計和實現一個標準的DeviceNet離散 I/O設備。XGate-DVN10以其小巧的體積、強大而穩定的功能、簡單而可靠的設計等優勢，使其可以很方便地嵌入到各種類型的應用中。XGate-DVN10的出現，使開發者不用再為開發DeviceNet協議棧而苦惱，DeviceNet從站產品短期上市也不再是夢想。

廣州致遠電子有限公司于2002年8月加入ODVA協會，并提供各種接口的 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。

地址：廣州市天河區車陂路黃洲工業區3棟2樓

技術支持：(020)28267846

銷售電話：(020)28872342 28872450

電子郵箱：DeviceNet@embedcontrol.com