如何快速開發(fā)DeviceNet傳感器設(shè)備——基于DeviceNet協(xié)議的XGate-DVN10應(yīng)用

2011-06-03 09:14:12

電子技術(shù)應(yīng)用 2011年8期

1 引言

傳感器設(shè)備是工業(yè)自動化、儀器儀表及其他生產(chǎn)活動中使用最廣泛的設(shè)備之一。傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。早期傳感器設(shè)備都是直接與控制器進行連接，并且各個傳感器設(shè)備之間無法進行通信。在一個龐大的控制系統(tǒng)中，可能擁有各種各樣的傳感器設(shè)備，采用傳統(tǒng)的點對點通信方式，會導致整個系統(tǒng)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(tǒng)布線得到最大程度的改善，基于CAN總線應(yīng)用層的DeviceNet協(xié)議不僅改變了設(shè)備與控制系統(tǒng)之間的通信方式，更增加了設(shè)備級的診斷功能。

本期文章將介紹如何利用XGate-DVN10模塊設(shè)計一款基于DeviceNet從站協(xié)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(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DeviceNet從站設(shè)備，其內(nèi)部已經(jīng)集成了從站協(xié)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(shè)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(shè)備中。其硬件設(shè)計比較簡單，圖1所示為XGate-DVN10應(yīng)用簡圖，用戶只需要將模塊嵌入到傳感器設(shè)備中，與CPU的串口連接便可完成設(shè)計。

圖1 設(shè)計框圖

3 傳感器模塊硬件設(shè)計

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

本文所設(shè)計的傳感器系統(tǒng)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(shù)字轉(zhuǎn)換芯片（A/D）對信號進行采集?；魻杺鞲衅骺捎糜跈z測磁性物質(zhì)的位置狀態(tài)，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(shè)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(shè)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(yīng)用場合的需求。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換選用12位精度的轉(zhuǎn)換芯片，完成對溫度傳感器輸出信號的采集，并以數(shù)字信號的方式提供給處理器?；魻杺鞲衅鞯妮敵鲂盘枮檫壿嬰娖剑?，1），由于其驅(qū)動能力較弱，因此在其輸出端增加一個I/O驅(qū)動器來增強其驅(qū)動能力，通常使用總線驅(qū)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(shù)據(jù)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(jié)點地址和波特率設(shè)置接口，因此使用DIP撥碼開關(guān)來設(shè)置XGate-DVN10的節(jié)點地址和波特率。XGate-DVN10同時還提供了設(shè)備狀態(tài)指示燈接口，用于指示當前 XGate-DVN10(DeviceNet從站)的工作狀態(tài)，并符合DeviceNet規(guī)范指示燈標準。

4 傳感器模塊軟件設(shè)計

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

圖4 XGate-DVN10內(nèi)存視圖

XGate-DVN10協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的內(nèi)存區(qū)大小可由用戶自定義，用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)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(tǒng)設(shè)計的溫度范圍為0～100℃，溫度數(shù)據(jù)的采集采用12位的A/D轉(zhuǎn)換器，因此每一路的溫度需要使用2 B來存放。由于溫度發(fā)生變化慢，只要在發(fā)生變化的時間內(nèi)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(shè)定輪詢通信時間，以降低網(wǎng)絡(luò)的負載量?；魻杺鞲衅鞯妮敵鰹殚_關(guān)狀態(tài)，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(tài)改變連接方式，當霍爾傳感器檢測到當前狀態(tài)發(fā)生改變，從站主動向主站發(fā)送數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)分別寫入到XGate-DVN10輪詢、狀態(tài)改變的輸入緩沖區(qū)，XGate-DVN10就會按照DeviceNet協(xié)議的定義對數(shù)據(jù)進行解析處理，同樣來自DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中控制信息也會經(jīng)過解析之后分別存放于輪詢和狀態(tài)改變數(shù)據(jù)輸出區(qū)，用戶只需要讀出即可。

為了方便用戶快速可靠地實現(xiàn)通信，廣州致遠電子有限公司提供了XGate-DVN10串口協(xié)議的驅(qū)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(nèi)存區(qū)接收到DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中的實時數(shù)據(jù)之后就會立即向用戶MCU產(chǎn)生一個中斷，此時用戶可以通過UART發(fā)送相關(guān)命令字讀取輪詢連接的數(shù)據(jù)內(nèi)容，用戶可將實時更新的傳感器數(shù)據(jù)寫入輸入緩沖區(qū)，XGate-DVN10自動發(fā)送至主站。

圖5 XGate-DVN10軟件設(shè)計流程圖

5 結(jié)語

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