【文章內(nèi)容簡介】 C ID組2信息ID400~5ff信息組211111組3信息ID源MACID600~7bf信息組311111組4信息ID7C0~7ef信息組4在組2信息中，預留了連接組來實現(xiàn)主/從連接。主/從連接的標識符使用如表3－2。表3－2主/從連接的標識符使用標識位標識用途十六進制范圍1098765432100組1信息ID源MAC ID組1信息0003ff01101源MAC ID從站I/O多點輪詢響應信息01110源MAC ID從站I/O位選通響應信息01111源MAC ID從站I/O輪詢響應或狀態(tài)變化/循環(huán)應答信息10MAC ID組2信息ID組2信息4005ff10源MAC ID000主站I/O位選通命令信息10多點通訊MAC ID001主站I/O多點輪詢命令信息10目的MAC ID010主站狀態(tài)變化或循環(huán)應答信息10源MAC ID011從站顯式/非連接響應信息10目的MAC ID100主站顯式請求信息10目的MAC ID101主站I/O輪詢命令/狀態(tài)變化/循環(huán)信息10目的MAC ID110僅限組2非連接顯式請求信息(預留)10目的MAC ID111重復MAC ID檢查信息 預定義主/從連接組DeviceNet提供了一個功能很強的應用層協(xié)議，允許動態(tài)配制設備間的連接。但考慮到有些設備根本不需要也沒有資源去使用這一強大功能。DeviceNet指定了一套稱為預定義主/從連接組的連接標志符，用來簡化主/從結構中I/O和配制型數(shù)據(jù)的傳送。[5]DeviceNet預定義的主/從連接組參見表32的信息組。許多傳感器和執(zhí)行器要實現(xiàn)的功能在設計時就已經(jīng)預先決定了(如感受壓力、啟動馬達等等)，因此這些設備將要生產(chǎn)和或消費的數(shù)據(jù)的類型和數(shù)量在上電前就已經(jīng)知道了。這些設備通常提供輸入數(shù)據(jù)或請求輸出數(shù)據(jù)和配制數(shù)據(jù)。預定義主/從連接組可以滿足設備的這些要求，它提供的連接對象的全部配制在設備上電時就完成了。在啟動數(shù)據(jù)流時，主機設備唯一必須執(zhí)行的一個步驟就是要廣播對從機內(nèi)該預定義連接組的所有權。 DeviceNet的報文傳送DeviceNet應用層定義如何分配標志符(控制優(yōu)先權)，如何用CAN數(shù)據(jù)場指定服務、傳送數(shù)據(jù)及判斷它的含義。報文在通信網(wǎng)絡中流動的方式是很重要的。老式的通信技術是具由特定源和目的地址的報文組成的。DeviceNet使用更為有效的生產(chǎn)者/消費者模式，取代了傳統(tǒng)的源/目的地傳輸方式。該模式要求對報文打包，使它具有數(shù)據(jù)標志場。標志符還提供解決多極優(yōu)先權(仲裁中使用)的手段，以便更高效地傳送I/O數(shù)據(jù)，并供多個消費者使用。帶有數(shù)據(jù)的設備用正確的標志符在網(wǎng)絡上發(fā)送數(shù)據(jù)。所有需要數(shù)據(jù)的設備在總線監(jiān)聽報文。設備通過對標志符的識別來決定是否接收該報文。采用生產(chǎn)者/消費者模式，報文將不再專屬于特定的源或目的地?？刂破靼l(fā)出的一個信息，用很窄的帶寬就可以供多個馬達啟動器使用。DeviceNet定義了兩種不同類型的報文：I/O報文和顯性報文。I/O報文適用于實時性要求較高和面向控制的數(shù)據(jù)。I/O報文提供了在報文發(fā)送過程和多個報文接收過程之間的專用通信路徑。I/O報文通常使用優(yōu)先級高的連接標志符，通過一點或多點連接進行信息交換。I/O報文幀中的8位數(shù)據(jù)場不包含任何與協(xié)議有關的位，只有當I/O報文為大報文經(jīng)過分割后形成I/O報文片斷時，數(shù)據(jù)場中才有一位由報文分割協(xié)議使用。連接標志符提供了I/O報文的相關信息，在I/O報文利用連接標志符發(fā)送之前，報文的發(fā)送和接收設備都必須先進行設定。設定的內(nèi)容包括源和目的對象的屬性以及數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和消費者的地址。顯性報文則適用于兩個設備間多用途的點對點報文傳遞，是典型的請求/響應通信方式，常用于節(jié)點的配制、問題診斷等。顯性報文通常使用優(yōu)先級低的連接標志符，并且該報文的相關信息包含在顯性報文數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)場中，包括要執(zhí)行的服務和相關對象的屬性及地址。要發(fā)送的報文Frag1 Frag 2 Frag3Frag2Frag3Frag1重組的報文圖33報文分段服務設備網(wǎng)為長度大于8字節(jié)的報文提供了分段服務，如圖33所示。大的I/O報文可以分割成任意多的標準I/O報文。對于顯性報文，也可以進行分段，如圖34和圖35所示。分段服務為設備網(wǎng)提供了更多的可擴展性和兼容性，保證了將來更加復雜、更加智能化的設備可以加入到設備網(wǎng)中。設備網(wǎng)面向?qū)ο蟮脑O計和編址方式使設備可以在不改變基本的協(xié)議和連接模型的基礎上無限地擴展其能力。另一方面，一個含兩個報文連接的簡單從機設備的應用(1個I/O報文，1個顯性報文)，用帶4KROM和175字節(jié)RAM(Motorola 68HCO5X4,帶內(nèi)置CAN接口)就可以實現(xiàn)。[5] 0 報文頭1： 報文體70 報文頭1 分段協(xié)議2： 分段報文體7字體偏移字體偏移內(nèi)容內(nèi)容４４35132106702567 圖34不分段顯性報文數(shù)據(jù)場格式 圖35分段顯性報文數(shù)據(jù)場格式I/O報文和顯性報文的一般格式如圖36和37所示。CAN 應用 CAN幀頭 I/O數(shù)據(jù) 幀尾CAN 協(xié)議場和特 CAN幀頭 殊服務數(shù)據(jù) 幀尾圖36 I/O報文的格式圖37 顯性報文的格式圖38表示一個信息在主站之間往返的實例。主戰(zhàn)向MAC ID=5的從站發(fā)送數(shù)據(jù)。其標識符為0101000000，如圖3－9所示。從站返回數(shù)據(jù)的連接標識符為00011000101,如圖310所示。 圖38 連接示意圖 圖39 主站請求圖310 從站響應從圖中以及標識符的分配可總結連接的特點如下：（1）連接是單方向的，需雙向交換數(shù)據(jù)，則必須建立兩個連接。（2）一個節(jié)點只有一個MAC ID,如上圖是點對點的連接，也可以是一點對多點的連接，在DeviceNet主/從結構中，一個主站可以最多帶64個從站。（3）在DeviceNet規(guī)范中，用11位的標識符定義了所用的信息源、目的地址、所用信道。（4）連接可動態(tài)建立和刪除。預定義連接組能建立一個顯性報文連接，以及四個I/O連接：位選通的請求/響應連接，輪詢的請求/響應連接，狀態(tài)改變和循環(huán)的連接。因此能處理以下信息：（1）I/O位選通報文。I/O位選通報文由主站發(fā)送，這一命令可向多點發(fā)送，其命令信息包含一個64位的輸出數(shù)據(jù)位串，一個輸出位對應一個網(wǎng)絡上的MAC ID,如一個主站帶六個從站，它只能交換少量的I/O數(shù)據(jù)。（2）輪詢報文。輪詢可在主站和它的從站之間傳送大量的I/O數(shù)據(jù)，一個輪詢命令直接向單個的、特定的從站發(fā)送，輪詢響應信息可由從站向主站返回輸入數(shù)據(jù)。在本設計中，就是采用這種通信方式。（3）狀態(tài)改變報文。采用這種通信方式的從設備，只有當狀態(tài)改變時才產(chǎn)生數(shù)據(jù)，主要用于離散設備。（4）顯性報文。用于讀寫屬性的操作。（5）非連接報文。在兩個設備之間建立/關閉顯性報文的連接。（6）僅組2非連接顯性請求報文。被用于分配/釋放預定義連接組。（7）重復節(jié)點報文。被用于執(zhí)行網(wǎng)絡訪問狀態(tài)機器，在同一網(wǎng)絡中不能有兩個或兩個以上的MAC ID 相同的節(jié)點。 小結本章敘述了Devienet規(guī)范1和2中與設計從設備有關的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層協(xié)議，對CAN總線的幀格式及在Devienet中使用情況做了介紹，對生產(chǎn)者/消費者的網(wǎng)絡模型的特點做了論述，并對DeviceNet中的對象逐一進行了介紹，也論述了控制網(wǎng)絡中兩類主要的報文：顯性報文和I/O報文。他們的特點以及在DeviceNet中的數(shù)據(jù)通訊的方式，用戶根據(jù)產(chǎn)品的具體需要選擇輪詢、選通、狀態(tài)改變/周期性等不通的數(shù)據(jù)交換方式。對協(xié)議規(guī)范有一定的理解后，就可以進行智能節(jié)點的開發(fā)了。第四章 溫度變送器及智能式溫度變送器變送器在自動檢測和控制系統(tǒng)中的作用，是對各種工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等物理量進行檢測，以供控制之用。變送器在控制系統(tǒng)中是不可缺少的環(huán)節(jié)，獲取可靠的過程參數(shù)是控制的基礎。變送器按被測參數(shù)分類，變送器分為差壓變送器、 溫度變送器、 流量變送器等。 溫度變送器溫度變送器與測溫組件相配合，將溫度信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準信號或數(shù)字信號。它分為模擬式溫度變送器和智能式溫度變送器兩大類。典型的模擬式溫度變送器原理框圖如圖4－1。圖41模擬式溫度變送器原理框圖檢測組件把被測溫度Ti或其它工藝參數(shù)X轉(zhuǎn)換為變送器的的輸入信號送入變送器。經(jīng)輸入回路變換成直流毫伏信號Ui, Ui 和調(diào)零與零遷電路產(chǎn)生的調(diào)零信號Uz 的代數(shù)和同反饋電路產(chǎn)生的反饋信號Uf 進行比較，差值送入放大器，輸出整機的信號I0 ,這個標準信號是0～20mADC。溫度變送器經(jīng)歷了Ⅱ和Ⅲ 型的發(fā)展，正面向智能化的方向發(fā)展。[5]目前，智能式溫度變送器有采用HART通信方式的，技術較成熟，產(chǎn)品的種類較多?，F(xiàn)場總線技術在這一方面也正在研究制造中，智能式溫度變送器具有如下的特點：（1）通用性強。智能式溫度變送器可以與各種熱電阻或熱電偶使用，并接受毫伏信號。（2）使用方便靈活。通過上位機可以對智能式溫度變送器所接受的傳感器的類型以及量程進行任意組態(tài)，并對變送器的零點和滿度值進行遠距離調(diào)整。（3）具有控制功能。實現(xiàn)現(xiàn)場就地控制。（4）具有通信功能?？梢耘c其它各種智能化的現(xiàn)場控制設備以及上層管理控制計算機實現(xiàn)雙向信息通信。（5）具有自診斷功能。定時對變送器的零點和滿度值進行自校正，對信號斷線進行報警，工作異常時給出報警信號等等。智能式溫度變送器的構成框圖如圖4－2。圖42 智能式溫度變送器的一般形式智能式溫度變送器主要包括傳感器組件、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、存儲器和通信電路部分。傳感器組件也可不包括在里面，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以后送入微處理器、進行數(shù)據(jù)處理，變送器通過通信電路掛接在網(wǎng)絡通信電纜上。與網(wǎng)絡中的設備通信，傳送測量結果信號。[5]本設計的智能式溫度變送器是一種采用DeviceNet通信協(xié)議的現(xiàn)場總線型智能儀表，它可以與傳感器一起測量其它參數(shù)。在硬件結構上，它由輸入板和主電路板組成，主電路板在隨后的章節(jié)中介紹。而輸入板由于是模擬信號，可以單獨實現(xiàn)?，F(xiàn)在的模擬儀表是非常成熟的技術。在輸入板上，實現(xiàn)熱電偶的冷端溫度補償，以及信號隔離。熱電偶的冷端溫度補償電路的簡化電路如圖4－3。圖43 熱電偶的冷端溫度補償電路的簡化電路運算放大器的同相輸入端信號，由熱電偶電動勢Et和冷端溫度補償電勢Uz’兩部分組成，如下式所示。在電路設計時，使R105》(Rcu1+R103)∥Rcu2+R100, 故上式可表示為：當冷端溫度升高時，由于Rcu1,Rcu2的阻值增加，使式中的第二項增加，從而補償了由于環(huán)境溫度升高引起的熱電偶熱電勢Et的下降。若冷端環(huán)境溫度升高越多，Rcu1,Rcu2 的阻值增加使補償電壓Uz’ 的增量越大，因而可以達到很好的補償效果。 小結本章對變送器的主要結構和功能作了概述，對模擬的變送器和智能變送器的結構和特點作一般論述。主要為下一章的溫度變送器的硬件和軟件設計做鋪墊。第五章 硬件設計由于智能溫度變送器通信接口用于智能溫度變送器與DeviceNet網(wǎng)絡之間的通信設備，主要是傳送I/O數(shù)據(jù)和其它配置數(shù)據(jù)。它的主要功能是能把傳感器輸入的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并能在DeviceNet網(wǎng)絡和其它節(jié)點之間傳送。選擇微處理器W78E5雙口RAM IDT7005 、SJA1000 CAN控制器、看門狗及掉電保護系統(tǒng)、82C250 CAN控制器、AnyBus接口、撥碼開關及狀態(tài)LED顯示、電源等其它的電子線路作為硬件設計。 硬件電路結構DeviceNet節(jié)點硬件首先應實現(xiàn)CAN的基本功能，其次，應保證有足夠的存儲空間和足夠快的運行速度。本節(jié)點應具有以下功能：(1) 采用CAN總線協(xié)議，實現(xiàn)報文收發(fā)和訪問控制。(2) 能在125K,250K,500K三種波特率下進行數(shù)據(jù)傳輸。(3) 能夠支持最多64個節(jié)點。(4) 具有線路接錯保護及掉電檢測功能。(5) 具有看門狗電路。(6) 提供波特率，節(jié)點地址選擇開關。(7) 提供狀態(tài)LED顯示。地址、波特率輸入硬件電路原理圖如圖51。開關和LED單片機W78E58 雙口RAM泵閥AnyBus接口節(jié)點、網(wǎng)絡狀態(tài)顯示 DeviceNet總線82C2500SJA1000圖51 硬件電路原理框圖 單片機DeviceNet節(jié)點選用Winbond公司的高性能8位單片