專利名稱：現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備通訊的通信適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線通信適配器，更確切地說(shuō)是在Modbus協(xié)議和DeviceNet協(xié)議之間進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的一種通信適配器。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一種DeviceNet總線技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，在改變一些領(lǐng)域的面貌。
DeviceNet總線技術(shù)采用數(shù)據(jù)總線，由主站只要引出兩根或很少的幾根線，就可以將各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接起來(lái)，為設(shè)備提供配置，監(jiān)視、控制和診斷等功能。
總線技術(shù)的發(fā)展給低壓電器產(chǎn)品帶來(lái)極大的沖擊，而目前低壓配電領(lǐng)域的產(chǎn)品還無(wú)法接入DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，組成一個(gè)DeviceNet總線型配電系統(tǒng)。為設(shè)備增加DeviceNet接口基本上的兩種做法一是采用DeviceNet接口設(shè)計(jì)和產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)完全融合在一起，共用一個(gè)軟硬件資源另外一種做法是DeviceNet接口設(shè)計(jì)和產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)獨(dú)立進(jìn)行，兩者通過(guò)某種方式(串行口，并行口等等)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這兩種做法各有利弊第一種做法，數(shù)據(jù)交換比較快，但CPU負(fù)擔(dān)比較重，而且不具有靈活性，設(shè)備無(wú)法自由選擇是否帶有DeviceNet接口；第二種做法，設(shè)備可以自由選擇是否提供DeviceNet接口，但是增加了個(gè)中間數(shù)據(jù)交換環(huán)節(jié)，要采取有效措施保證通信質(zhì)量。
由于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的多樣性和交換的靈活性，兩種做法共同的問(wèn)題是要為不同的設(shè)備設(shè)計(jì)不同的DeviceNet接口轉(zhuǎn)換器。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有完整、集成的協(xié)議芯片，因此各設(shè)備制造商都要研究、開(kāi)發(fā)DeviceNet協(xié)議，開(kāi)發(fā)周期比較長(zhǎng)，投入也比較大。目前，國(guó)內(nèi)外的DeviceNet適配器只能將設(shè)備的某些固定數(shù)據(jù)包發(fā)送給主站，靈活性、實(shí)用性很差，只是部分實(shí)現(xiàn)了DeviceNet協(xié)議，無(wú)法體現(xiàn)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。
如上海埃通電氣股份有限公司張戟公開(kāi)的題為“基于DeviceNet總線的從設(shè)備通信適配器設(shè)計(jì)”(“單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”2000，(8)，-38～41)。文中提到基于DeviceNet總線的泵/閥控制器從設(shè)備通信適配器用于智能泵/閥控制器與DeviceNet網(wǎng)絡(luò)之間的通信設(shè)備，用于在智能泵/閥控制器和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備之間交換I/O數(shù)據(jù)和其他設(shè)定數(shù)據(jù)。它是一個(gè)獨(dú)立的從設(shè)備通信適配器，包括CPU、雙向RAM、控制器收發(fā)器、微型開(kāi)關(guān)、電源電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種有效、智能、通用的DeviceNet通信適配器，將多種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備方便、高速、高質(zhì)量地接入DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，組成一個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是該通信適配器包括主CPU單元，主電源四路、狀態(tài)指示單元、節(jié)點(diǎn)地址設(shè)定單元、設(shè)備類(lèi)型選擇單元、上層網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理單元和下層設(shè)備信號(hào)處理單元，上述電路的數(shù)據(jù)傳輸是一個(gè)主/從傳輸結(jié)構(gòu)。為了提高通信速率和通信質(zhì)量，在主CPU單元內(nèi)存儲(chǔ)了自動(dòng)波特率檢測(cè)程序，信號(hào)發(fā)送流程程序，信號(hào)接收流程程序，協(xié)議轉(zhuǎn)換匹配流程程序。
上述的程序構(gòu)成的軟件和硬件相結(jié)合，便可以解決網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換和匹配問(wèn)題。
本發(fā)明的效果采用該種適配器，它的接線與控制方式，可以大大節(jié)省導(dǎo)線數(shù)量，安全可靠，并能有效降低整個(gè)系統(tǒng)投資，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明的通信適配器的電氣原理框圖；圖2為本發(fā)明的通信適配器的電氣原理框圖的線路圖；圖3為本發(fā)明的自動(dòng)波特率檢測(cè)程序流程圖；圖4為本發(fā)明主程序流程圖圖5為本發(fā)明的設(shè)備端信號(hào)發(fā)送，接收程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說(shuō)明。包括一主CPU單元1、狀態(tài)指示單元3、主電源回路2，上層端口A、上層網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理單元4、下層設(shè)備信號(hào)處理單元5、F層端口B，上述電路的數(shù)據(jù)傳輸是一個(gè)主/從傳輸結(jié)構(gòu)，即從DeviceNet網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆O(shè)備接口。主電源回路分別與上層網(wǎng)絡(luò)信息處理單元4、主CPU單元1、下層設(shè)備信號(hào)處理單元5連接供電。
如圖2所示，這是通信適配器電氣框圖的具體線路。
所述的主CPU單元1選用T89C51CC01芯片，ISP下載，有1K的存儲(chǔ)RAM，該CPU處理速度較快，存儲(chǔ)空間大，支持在線編程，有利于產(chǎn)品升級(jí)，只要重新燒寫(xiě)軟件即可。
所述的主電源回路2包括濾波電路和開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器，由電阻R、電容C、電感L等元件組成，在線路中提供5V供電。
所述的狀態(tài)指示單元是兩個(gè)雙金色指示燈用來(lái)指示電源狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的電路，在CPU單元中，固化的程序根據(jù)電源狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)控制兩組指示燈，它包括電阻R6～R9和發(fā)光二極管。
所述的上層通道信號(hào)處理器4和下層通道信號(hào)處理器5是提供網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備之間協(xié)議轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)交換通道，用于同上層網(wǎng)絡(luò)與下層設(shè)備的通信。它由集成塊U2和電容C6、C9組成，由集成塊U6、電阻R12～R16組成。
所述的上層端口A和下層端口B，上層網(wǎng)絡(luò)是下層設(shè)備的主站，由主站發(fā)起和從站的通信，從站對(duì)主站的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蛏蠈有盘?hào)處理單元4接收上層網(wǎng)絡(luò)主站的請(qǐng)求，通過(guò)主CPU單元1對(duì)主站的請(qǐng)求信息進(jìn)行解釋、分析，將合理的請(qǐng)求以下層設(shè)備支持的協(xié)議方式，通過(guò)下層設(shè)備信號(hào)處理單元5發(fā)送給下層設(shè)備。
如圖3～圖5所示，這是幾種軟件的流程程序。
如圖3所示，這是自動(dòng)波特率檢測(cè)程序流程圖。
該流程通過(guò)軟件方式檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)波特率。在啟動(dòng)時(shí)，先將波特率設(shè)置成125K模式，同時(shí)允許接收和錯(cuò)誤中斷。如果在CAN總線上產(chǎn)生錯(cuò)誤，軟件就將波特率設(shè)置成較高的波特率。在連續(xù)2條信息成功地接收后，CAN芯片已檢測(cè)正確的位速率，進(jìn)入正常收發(fā)模式，此時(shí)，即這個(gè)節(jié)點(diǎn)上能像系統(tǒng)其他激活的CAN節(jié)點(diǎn)一樣工作。
如圖4所示，這是本發(fā)明的通信適配器的主程序流程圖，該程序涉及到設(shè)備數(shù)據(jù)交換問(wèn)題。主程序包括下列步驟901主程開(kāi)始到902設(shè)備類(lèi)型識(shí)別，經(jīng)過(guò)識(shí)別后到903模塊網(wǎng)絡(luò)LED測(cè)試，到904 DeviceNet通信初始化到905CAN控制芯片初始化再到906智能芯片MCU初始化，到907刷新看門(mén)狗定時(shí)器，最后到908與設(shè)備數(shù)據(jù)交換處理。
如圖5所示，這是本發(fā)明的通信適配器的與設(shè)備端數(shù)據(jù)交換流程圖，該流程主要包括發(fā)送請(qǐng)求部分和處理接收部分。其發(fā)送和接收的步驟是步驟101為判斷是否有等待發(fā)送的請(qǐng)求，步驟101，若為否，便到步驟110判斷設(shè)備有效響應(yīng)是否為真。若為是，便到步驟102，步驟102若為是，便進(jìn)入步驟103判斷有控制命令等待發(fā)送(優(yōu)先級(jí)最高)，步驟103若為是，便進(jìn)入步驟104發(fā)送請(qǐng)求，發(fā)送間隔定時(shí)器清零，重新計(jì)時(shí)然后跳轉(zhuǎn)到步驟110，步驟103若為否，便進(jìn)入步驟105判斷是否有設(shè)定讀配置參數(shù)請(qǐng)求等待發(fā)送，步驟105若為是，便進(jìn)入步驟106判斷是否連續(xù)兩次沒(méi)有得到響應(yīng)，步驟106若為是，便進(jìn)入步驟107從請(qǐng)求隊(duì)列中刪除該請(qǐng)示，向上層網(wǎng)絡(luò)報(bào)告然后轉(zhuǎn)到步驟110，步驟106若為否，則進(jìn)入步驟109發(fā)送相應(yīng)請(qǐng)求，發(fā)送計(jì)數(shù)累加，發(fā)送間隔定時(shí)器清零，則進(jìn)入步驟110判斷設(shè)備有效響應(yīng)標(biāo)志是否為真；步驟105若為否，則進(jìn)入步驟108發(fā)送讀實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并從請(qǐng)求隊(duì)列中刪除該請(qǐng)求，發(fā)送間隔定時(shí)器清零，然后進(jìn)入步驟110判斷設(shè)備有效響應(yīng)標(biāo)志是否為真；步驟110若為是，則進(jìn)入步驟111控制命令響應(yīng)或讀/寫(xiě)配置參數(shù)響應(yīng)，步驟110若為否，返回步驟101判斷是否有等待發(fā)送請(qǐng)求，步驟111若為是，則進(jìn)入步驟112從請(qǐng)求隊(duì)列中刪除該請(qǐng)求向上層網(wǎng)絡(luò)發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)，設(shè)備正確響應(yīng)標(biāo)志認(rèn)為假，然后便返回步驟101判斷是否有效等待發(fā)送的請(qǐng)求，步驟111若為否，便進(jìn)入步驟113用接收到的數(shù)據(jù)刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)映射區(qū)，設(shè)備正確響應(yīng)標(biāo)志認(rèn)為假，然后重新返回步驟101。需要指出的是，步驟101有待發(fā)送的請(qǐng)求，是通過(guò)CAN中斷接收DeviceNet的請(qǐng)求，并進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換得到的，步驟112向上層網(wǎng)絡(luò)發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)時(shí)要作協(xié)議轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1.一種用于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備通訊的通信適配器，包括一微處理器(1)、主電源回路(2)、狀態(tài)指示單元(3)控制器和信息收發(fā)器，其特征在于增設(shè)了上層端口A和下層端口B；所述的微處理(1)是CPU芯片(1)，主電源回路(2)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)供電；所述的信息收發(fā)器是獨(dú)立的上層通道信號(hào)處理單元(4)和下層通道信號(hào)處理單元(5)；所述的狀態(tài)指單元(3)是用兩個(gè)雙色指示燈用來(lái)指示電源狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的指示電路；上述電路信息傳輸是一個(gè)主/從傳輸結(jié)構(gòu)，上層網(wǎng)絡(luò)是下層設(shè)備的主站，由主站發(fā)起和從站的通信，從站對(duì)主站的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，因此數(shù)據(jù)傳輸順序上層信號(hào)處理單元(4)接收上層網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求，通過(guò)CPU(1)處理，將合理的請(qǐng)求，通過(guò)下層設(shè)備信號(hào)處理單元(5)發(fā)給下層設(shè)備，經(jīng)過(guò)CPU單元(1)校驗(yàn)，通過(guò)上層網(wǎng)絡(luò)處理單元(4)發(fā)送給主站；該適配器的主CPU中存儲(chǔ)能獨(dú)立檢測(cè)兩端網(wǎng)絡(luò)正確住速率的自動(dòng)波特率檢測(cè)程序，涉及到數(shù)據(jù)交換的主程序，能夠查詢，發(fā)送，接收的設(shè)備端信號(hào)發(fā)送和接收程序。
2.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的主CPU單元(1)選用的是處理速度快、存儲(chǔ)空間大、支持在線編程的T89C51CC01芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的主電源回路包括濾波器和開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器，由電阻、電容、電感R、C、L組成，向適配器提供5V電源。
4.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的上層通道信號(hào)處理單元(4)和下層通道信號(hào)處理單元(5)，是提供網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備之間協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，主要由集成塊U2和電容C6、C9以及集成塊U6、電阻R12、R13～R16組成。
5.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的上層端口A和下層端口B，其上層網(wǎng)絡(luò)是下層設(shè)備的主站，由主站發(fā)起和從站的通信，并請(qǐng)求響應(yīng)，其組成包括J1和J7。
6.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的存儲(chǔ)在主CPU中自動(dòng)波特率檢測(cè)程序，是一種能夠檢測(cè)到正確位速率的自動(dòng)波特率檢測(cè)程序，能使適配器轉(zhuǎn)向正常工作模式。
7.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的主程序，是一種涉及設(shè)備端數(shù)據(jù)交換的程序，包括下列步驟步驟901主程序開(kāi)始，到步驟902設(shè)備類(lèi)型識(shí)別，經(jīng)過(guò)識(shí)別后到步驟903模塊/網(wǎng)絡(luò)LED測(cè)試，到步驟904 DeviceNet通訊初始化到步驟905CAN控制芯片初始化再到步驟906智能芯片MCU初始化，到步驟907刷新看門(mén)狗定時(shí)器，最后到步驟908與設(shè)備端數(shù)據(jù)交換處理。
8.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的適配器與設(shè)備端數(shù)據(jù)交換程序，包括發(fā)送請(qǐng)求部分和處理接收部分的程序，其作用是將通過(guò)CAN中斷接收到的并已進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的發(fā)送給設(shè)備，并接收設(shè)備的應(yīng)答數(shù)據(jù)送交上層通道信號(hào)處理單元(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備通訊的通信適配器，它包括主CPU單元，主電源回路、狀態(tài)指示單元、節(jié)點(diǎn)地址設(shè)定單元、設(shè)備類(lèi)型選擇單元，上層網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理單元和下層設(shè)備信號(hào)處理單元。上述電路的數(shù)據(jù)傳輸是一個(gè)主/從傳輸結(jié)構(gòu)。為了提高通訊速率和通訊質(zhì)量，在主CPU內(nèi)存儲(chǔ)了自動(dòng)波特率檢測(cè)程序，信號(hào)發(fā)送流程程序，協(xié)議匹配流程程序，上述程序構(gòu)成的軟件和通訊適配器結(jié)合可成功地解決了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換和匹配問(wèn)題。該通信適配器可以為多種設(shè)備提供轉(zhuǎn)換，具有一定的通用性。
文檔編號(hào)H04L29/06GK1735090SQ200410017039
公開(kāi)日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者劉健, 許永平 申請(qǐng)人:上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司