DeviceNet温度变送器通信接口的设计.doc

摘 要DeviceNet现场总线是网络技术控制领域的一种低成本、高性能的网络技术，它的物理层和数据链路层是与CAN2.0协议一致的。数据链路层协议是由CAN控制器来实现。DeviceNet现场总线中的每一个设备都是由它的对象模型来描叙，每个模型中的对象由类属性所描述，利用预定义主/从连接标志符，DeviceNet可以简化I/O转换以及资源的配制。I/O信息是用来控制数据的相关性和实时信息控制，通过外在信息携带配制并诊断网络节点，传输信息使用的是生产者/消费者模式。 本论文设计的这个DeviceNet温度变送器，DeviceNet节点选用的是8位微处理器W78E58，并采用CAN控制器SJA1000，软件设计包含对象建模和数据链路层的设计，所有的对象都在对象模型里被定义了，并且初始化了它们的参数，协议由ANSI C执行，语句与DeviceNet的规格一致，硬件还包含了电路图的设计。关键字：现场总线；网络技术控制领域；温度变送器；A/D转换器。AbstractDeviceNet is one of low-cost and high-capability based on Control Area. Network technology. Its physical layer and data link Layer were in accordance with CAN 2.0 protocol, data link layer protocol was realized by CAN controller. Each device within a DeviceNet network is represented by object model, each object in model is represented by class-instance-attribute. With the predefined Master/Slave connection set identifier, DeviceNet simplify the exchange of I/O and configuration data, I/O message is used to the data correlation with control and real-time message, explicit message carrys the configuring and diagnosing data of nodes. The transmission of messages use producer/consumer model.This paper designs the intelligence tramsmitter, The node uses the 8 bits microprocessor W78E58 as data processor, and adopts the CAN controller SJA1000, software include the Object modeling and data link layer programming. all of object in object model was defined and initialized the parameter. the Protocol implemented by ANSI C, Sentences in accord with DeviceNet Specifications, the hardware include the design of Schematic and PCB. in the end, emulating hardware and debugging software. the intelligent transmitter can transmitted the analog signals to data signals, which realized the network digitization, intellectual.Key words: Fieldbus; control Area Network; temperture transmitter; A/D transition.目 录1. 绪论() 1. 1课题背景() 1. 2本论文所做的工作()2. 现场总线的国内外发展现状()2.1 现场总线的发展历程()2.2 现场总线的标准定义()2.3 国内外发展现状 ()3. DeviceNet的通信协议分析 () 3.1 协议规范简介 () 3.2 DeviceNet的技术特点() 3.3 DeviceNet的通信协议() 3.4 DeviceNet中连接的概念() 3.5预定义主/从连接组() 3.6 DeviceNet的报文传送() 3.7 连接的实例 () 3.8 小结 ()4. 温度变送器及智能温度变送器() 4.1 温度变送器 () 4.2 智能式温度变送器 () 4.3 小结 ()5. 温度变送器接口设计() 5.1 硬件电路结构 () 5.2 单片机 () 5.3 译码电路 () 5.4 看门狗及掉电保护电路 () 5.5 电源 () 5.6 CAN控制器SAJ1000() 5.7 数据收发器82C250() 5.8 拨码开关及状态开关LED显示 () 5.9 双口RAM IDT7005() 5.10 AnyBus接口() 5.11地址和波特率的设置() 5.12 小结()6. 温度变送器接口软件设计() 6.1 智能温度变送器的对象模型 () 6.2 输入/输出数据格式() 6.3 软件设计思路 () 6.4 定时器 () 6.5中断处理 () 6.6 A/D数据采集过程() 6.7小结 ()7. DeviceNet前景与展望() 7.1 总结 () 7.2 研究方向与发展 ()参考文献 ()第一章 绪论1.1课题背景随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展,信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备到控制、管理的各个层次,覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统，现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的技术。现场总线是自动化、控制领域的数字传输网络，它的出现给自动化、电气控制领域带来了一场深刻的革命。传统的模拟信息传输技术将被具有通信功能的智能设备所取代。现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点的数字通讯系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。在自动化领域中有广泛的应用前景。它是在20 世纪80年代中期发展起来的，这种技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和通信能力，以简单连接的双绞线作为总线，把多个测量控制仪表接成网络系统，并按公开，规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传送与信息交换，形成自动控制系统。现场总线打破了传统控制系统的结构形式，模拟系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接，位于现场的设备与位于控制器之间均为一对一的物理连接。现场总线由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块，各输入输出模块置入现场设备，加上现场设备具有现场完成数字通信的功能，实现了彻底的分散控制。1现场总线的网络结构是按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI：Open Systen Interconnection）参考模型建立起来的。OSI参考模型共分7层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，该标准规定了每一层的功能以及对上一层所提供的服务。从OSI模型的角度来看，现场总线将上述7层简化成3层，分别由OSI参考模式的第1层（物理层）、第2层（数据链路层）和第7层（应用层）组成。3SEMI设备PneuValveACDrivesPositionCntrllrsOtherProfiles应用对象库显性，输入/输出，等DeviceNet传输及数据链路层DeviceNet物理层应用层（7）用户层（8）物理层（1）传输及数据链路层（2）种类繁多的现场总线中，DeviceNet（设备网）在低压电器控制领域中迅速地成长起来。它是由Allen-Bradley公司设计的一种基于CAN技术的低成本、高性能的现场总线网络。它的市场份额占世界第二位。它采用现场总线技术将诸如可编程控制器、传感器、光电开关、操作员终端、电动机、轴承座、变频器和软启动器等现场智能设备连接起来，是分布式控制系统减少现场I/O接口和布线数量，将控制功能下载到现场设备的理想解决方案。它将现场设备连接到网络上，免去了昂贵的硬接线，在解决设备间互连的同时，还提供了相当重要的设备级诊断功能，它支持网上供电方式，即插即用。设备网目前由致力于支持设备网产品和设备网规范的非盈利性组织ODVA（Open DeviceNet Vendors Association）进一步开发。至今，全球已有超过300家厂商提供DeviceNet的接入产品。除了ODVA以外，Rockwell、GE、ABB、Hitachi和Omron等跨国集团也致力于DeviceNet的推广。DeviceNet(设备网)是现场总线国际标准IEC61158的第二类总线的设备级网络，也是国际标准IEC62026低压开关设备和控制设备 控制器设备接口（CDI）所推荐的第二种总线。我国国家标准局已公布国标GB/T18858.32002。DeviceNet应用的主要领域有（1）工业现场的PLC，调速器，变送器，执行机构等设备之间以及它们与上级网络之间的信息传递。（2）低压开关设备和控制设备的控制器与设备以及上级网络之间的信息传输。（3）工程控制、煤矿井下监控、楼宇自动化等一般工业自动化领域的现场网络等。1.2本论文所做的工作DeviceNet从站开发工具由Allen-Bradley提供，包括三个必要的工具，用于开发和测试DeviceNet从站组件。该工具可支持采用“预定义主/从连接集”或“UCMM端口”的从站设备进行通信，并且支持建立动态直接报文和I/O报文。监视并记录DeviceNet总线上的所有报文，并采用单一协议次序进行回放，通过基于直接报文的连接对设备中的所有对象进行访问，可模拟简单的主站，支持轮询I/O和位选通I/O。本论文所做的工作包括以下几个方面：(1) 从ISO/OSI网络模型的角度,对DeviceNet的各层协议作了研究.(2) 以智能温度变送器为对象,建立了它的对象模型。(3) 硬件设计。DeviceNet是基于CAN的，因此须首先建立CAN的通信，采用CAN控制器SJA1000，单片机W78E58，收发器82C250以及一些必须的外围电路组成智能温度变送器的通信接口。(4) 软件设计。在CAN通信的基础上，引入DeviceNet应用层协议，编程环境是Keil C51,编写智能温度变送器应用层协议，进行编译，调试。(5) 将设计好的从站与IPC-I320（作为主站）组成主从连接，测试通信的功能。第二章 现场总线的国内外发展现状2.1现场总线的发展历程20世纪80年代中期,微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧下降直接导致了计算机网络系统的迅速发展。与此同时，处于生产过程底层的测控自动化系统仍采用一对一联机方式，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，这都难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。要实现整个企业的信息集成和综合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在这样实际需求的驱动下应运而生的，它作为过程自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互连通信网络，沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的“信息孤岛”创造了条件。32.2现场总线的标准定义由于标准实质上并未统一，因此对现场总线的定义也不统一。下面给出的是现场总线的两种有代表性的定义：（1）ISA SP50中对现场总线的定义：现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了过程控制领域的现场控制设备（即场地级设备）之间与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。PROFIBUSFIPStartedISA SP50Started1984199219901988198619961994ISA SP50Function alRequirementsPROFIBUSFIPCompletedISP F FormedWord_FIP FormedAS-iSP50 Physical layerStandard ApprovedISP F and Workd FIPMerge to form theFieldbus FoundationDeviceNetSP50 Date Link LayerStandard ApprovedControNet现场总线的发展历史如图所示Device Description concept Dereloped for HARTSmart Transmitters这里的现场设备指最底层的用于控制、检测、执行和计算的设备，包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。（2）根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、具有多分支结构的通信网络。现场总线的本质含义表现在以下6个方面： 1.现场通信网络。现场总线是用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通信网络。2.现场设备互连。现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行机构等，这些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞线、同轴光缆、光纤和电源线等，并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。3.互操作性。现场设备或现场仪表种类繁多，没有任何一家制造商可以提供一个工厂所需的全部现场设备。所以，互相连接不同制造商的产品是不可避免的。用户不希望为选用不同的产品而在硬件或软件上花很大气力，而希望选用各制造商性能价格比最忧的产品，并将其集成在一起，实现“即插即用”；用户希望对不同品牌的现场设备统一组态，构成他所需要的控制回路。这些就是现场总线设备互操作性的含义。现场设备互连是基本的要求，只有实现互操作性，用户才能自由地集成现场总线控制系统（Fieldbus Control System,FCS）。4.分散功能块。FCS废弃了集散控制系统(DCS)的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。例如，流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加输入模块，而且还有比例、积分、微分(PID)控制和运算功能块。调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输出特性补偿模块，也可以有PID控制和运算模块，甚至有阀门特性自检验和自诊断功能。由于功能块分散在多台现场仪表中，并可统一组态，用户可灵活选用各种功能块，构成所需的控制系统，因此实现了彻底的分散控制。5.总线供电。总线供电方式允许现场仪表直接从总线上摄取能量。对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可采用这种供电方式。众所周知，化工、炼油等企业的生产现场有可燃性物质，所有现场设备都必须严格遵循安全防暴标准。现场总线设备也不例外。6.开放性互连网络。现场总线为开放式互连网络，它即可与同层网络互连，也可与不同层网络互连，还可以实现网络数据库的共享。不同制造商的网络互连十分简便，用户不必在硬件或软件上花太多气力。通过网络对现场设备和功能块统一组态，把不同厂商的网络及设备融为一体，构成统一的FCS。32.3国内外发展现状DeviceNet是由Allen-Bradley公司（Rockwell自动化）开发的一种基于CAN的开放的现场总线标准。DeviceNet作为一种高性能的协议，目前在美国和亚洲的市场上处于领导地位，其系统解决方案在欧洲也取得了显着的增长。ODVA（DeviceNet用户组织）负责发布DeviceNet规范以及对DeviceNet标准进行维护，另外，ODVA也负责DeviceNet在世界范围内的推广。现在，最新版本的DeviceNet2.0标准提供了更多的功能并修正了旧版本中的一些错误。DeviceNet是一个开放性的协议，每个 ODVA成员都有资格发行基于DeviceNet标准开发的后续产品。除了加入ODVA组织须交纳的会员费以及实际购买规范的费用外，使用DeviceNet是免版税的。现在已经有超过300家的公司注册成为ODVA的成员。全世界共有超过500家的公司提供DeviceNet产品。DeviceNet协议设计简单，实现成本较为低廉，但对于采用最底层的现场总线的系统（例如，由传感器、制动器以及相应的控制器构成的网络）来说，却是性能极高的。DeviceNet设备涉及的范围从简单的光电开关一直到复杂的半导体制造业中的用到的真空泵。2DeviceNet进入我国虽然比较晚，但因其突出的优点而受到了我国有关部门和单位的高度重视。2002年10月8日，DeviceNet被批准为中国国家标准GB/T18858.32002，并于2003年4月1日开始实施，从而进一步推动了DeviceNet现场总线技术在我国的推广与应用。2我国的ODVA组织由上海电器科学研究所牵头成立，目前正积极推广该技术。ODVA China国内会员也纷纷推出具有自主知识产权的产品,主要集中在电力配电、水处理以及道路监控等领域,其成本和高可靠性已经得到客户的认同。DeviceNet可广泛应用于各行各业，以中国的汽车工业为例，DeviceNet已应用于一汽大众汽车有限公司的AUDI A6、BORA A4、JETTA的焊装生产线、总装生产线，张家港牡丹汽车厂的焊装生产线、总装生产线，青岛颐中汽车厂的涂装生产线，长春客车厂转向架涂装线，哈飞汽车厂的焊装生产线、涂装生产线、总装生产线等。其它行业中，如东莞垃圾焚烧发电厂的DeviceNet的给水控制系统，上海人民电器厂的DeviceNet总线智能断路器，吴中仪表厂的DeviceNet总线智能调节阀。另外，生产可口可乐的上海申美饮料公司也部分采用了DeviceNet技术。第三章 通信协议分析3.1协议规范简介DeviceNet规范协议是描叙DeviceNet设备之间实现连接和交换数据的一套协议。此外，为了实现不同厂商生产的设备之间的互交换性和互操作性，ODVA根据工业领域的需求还在不断更新和修改该协议规范。DeviceNet协议规范如图3-1所示。 DeviceNet协议 ISO应用层 (第7层)CAN协议 ISO数据层 (第2层)物理层 ISO物理层 (第1层)传输媒介 ISO戒指层 (第0层) 图3-1DeviceNet协议规范(Specification)定义了一个网络通信系统，以便在工业控制系统的各组成组件传送数据。协议规范分为两卷，内容如下：(1)卷1：vDeviceNet通信协议和应用（第7层应用层）；vCAN以及它在DeviceNet中的应用(第2层数据链路层)；vDeviceNet物理层和介质(第1层物理层)。(2)卷2：为实现同类产品之间的互操作性和可互换性进行的设备描叙(Profile)。DeviceNet遵循CAN(控制局域网)规范的定义。CAN定义了链路层数据传输的格式，而DeviceNet协议则在应用层定义了传输数据的语法和语义。DeviceNet是一个应用层协议（ISO第七层），如图3-2。5 图3-23.2 DeviceNet技术特点DeviceNet具有以下的性能特点：v (1) 与其它的现场总线相比，具有高效率、高速度。v (2) 网络最多可接64个节点。v (3) 可选的波特率（125kbp、250kbp 、500kbp）。v (4) 主干/分支的拓扑结构。v (5) 点对点的数据交换，任何DeviceNet节点都可生产和消费报文。v (6) 短帧传输，每帧的最大数据为个字节。v (7) 采用生产者/消费者的网络通信模型。v (8) 从设备可即插即用，无需网络断电。53.3 DeviceNet的通信协议 在DeviceNet规范卷1的第3章、第4章和第5章中定义了DeviceNet通信协议。这些章节分别详细介绍了连接、信息协议与通信相关的对象。 使用DeviceNet的标准和特定对象相结合产生所谓的设备描述。设备描述是从网络的角度对设备进行定义。DeviceNet规范卷2的第6章对对象库进行了详细的描叙。DeviceNet规范卷2的第3章是设备描述库。ODVA协调工业界专家们的工作，开发新对象和设备描叙的规范。这项任务是由ODVA中的特别兴趣小组(SIGs)完成的。 DeviceNet支持选通、查询、周期、状态改变和应用触发的数据通信方式，拥护就根据设备性能和应用要求选择主/从、多点和点对点或这三种方式组合的配制。正确的数据通信方式的选择，可以明显加快系统的反应世界。流行的DeviceNet采用标准的、预定义的连接组，使设备在主/从连接组之下工作。53.4 DeviceNet中连接的概念 为增强不同网络之间的连通性，ISO提出了开放式互连(OSI)的7层协议，各协议层之间通过接口提供的服务完成不同的功能。总的来说，这种服务可分为两种：面向连接的服务和无连接的服务。 面向连接的服务是指服务双方必须首先建立可用的连接，然后利用该连接完成数据的传送，最后还需要释放建立该连接时需要的资源。该种服务的典型例子是有线电话系统。连接可分为实际的物理连接和虚电路连接。虚电路连接是无连接服务中要传送的数据自身携带目的地址信息，因而可以有不同的独立路由选择。我们用服务质量(quality of service)来衡量其工作效率。该种服务的典型例子是邮寄系统。另外，为了增强服务的性能，可以引入确认(acknowledgement)应答信息，这以牺牲一定的传输时间和网络负载为代价。连接可以分为不同的层次：(1)实际物理媒介连接：典型的点对点的物理连接，该种连接一般用于物理层的连接。(2)虚电路：通过路由表、队列缓存和相关的软件实现。但是它需要通过一定的硬件连接和复杂的软件算法来实现。该种连接一般用于通信子网的连接，而在控制网络中基本不用。(3)面向连接的服务：使用软件实现的虚拟连接，与其它任何子层都没有关系。该种连接一般用于应用层的连接。面向连接的服务通过一定的技术措施来达到“连接”的效果，给服务调节者造成存在连接的“错觉”，而在内部实现也许即无物理连接也无虚电路连接。DeviceNet是基于面向连接服务的网络。DeviceNet中的连接提供在多种应用之间交换信息的路径。当建立一个连接时，与连接相关的信息的传送就会分配一个标志符，称为连接标志符(CID,Connection Identifier)。如果某个连接需要双向数据交换，则有关分配两个不同的连接标志符。DeviceNet通信协议是基于连接概念的协议。要想同设备交换信息，就必须先与它建立连接。要想建立一个连接，每个DeviceNet产品都必须具有一个未连接信息管理器(UCMM)或一个未连接埠，二者都是通过保留某些可用的CAN标志符实现其功能的。DeviceNet规范卷1的第4章详细介绍了UCMM。5当用UCMM或未连接端口建立一显性报文连接时，这个连接可用于从一个节点向其它节点传送信息，或建立附加的I/O连接。一旦建立了连接，就可以在网络设备之间传送I/O数据。此时，DeviceNet I/O报文的事业协议都包含在11位的CAN标志符中，其它部分都是数据。11位的CAN标志符用来定义连接ID。DeviceNet将11位的CAN标志符分为4组，其定义如表3-1，前3组的连接ID包括了6位媒体访问控制标志符(MAC ID)以及信息标志符(Message ID)。组4的信息用于离线通信。表31 DeviceNet中CAN标识区的使用标识符16进制标识用途1098765432100组1信息ID源MACID0003ff信息组110MAC ID组2信息ID4005ff信息组211111组3信息ID源MACID6007bf信息组311111组4信息ID7C07ef信息组4在组2信息中，预留了连接组来实现主/从连接。主/从连接的标识符使用如表32。表32主/从连接的标识符使用标识位标识用途十六进制范围1098765432100组1信息ID源MAC ID组1信息000-3ff01101源MAC ID从站I/O多点轮询响应信息01110源MAC ID从站I/O位选通响应信息01111源MAC ID从站I/O轮询响应或状态变化/循环应答信息10MAC ID组2信息ID组2信息400-5ff10源MAC ID000主站I/O位-选通命令信息10多点通讯MAC ID001主站I/O多点轮询命令信息10目的MAC ID010主站状态变化或循环应答信息10源MAC ID011从站显式/非连接响应信息10目的MAC ID100主站显式请求信息10目的MAC ID101主站I/O轮询命令/状态变化/循环信息10目的MAC ID110仅限组2非连接显式请求信息(预留)10目的MAC ID111重复MAC ID检查信息3.5 预定义主/从连接组DeviceNet提供了一个功能很强的应用层协议，允许动态配制设备间的连接。但考虑到有些设备根本不需要也没有资源去使用这一强大功能。DeviceNet指定了一套称为预定义主/从连接组的连接标志符，用来简化主/从结构中I/O和配制型数据的传送。5DeviceNet预定义的主/从连接组参见表3-2的信息组。许多传感器和执行器要实现的功能在设计时就已经预先决定了(如感受压力、启动马达等等)，因此这些设备将要生产和或消费的数据的类型和数量在上电前就已经知道了。这些设备通常提供输入数据或请求输出数据和配制数据。预定义主/从连接组可以满足设备的这些要求，它提供的连接对象的全部配制在设备上电时就完成了。在启动数据流时，主机设备唯一必须执行的一个步骤就是要广播对从机内该预定义连接组的所有权。3.6 DeviceNet的报文传送DeviceNet应用层定义如何分配标志符(控制优先权)，如何用CAN数据场指定服务、传送数据及判断它的含义。报文在通信网络中流动的方式是很重要的。老式的通信技术是具由特定源和目的地址的报文组成的。DeviceNet使用更为有效的生产者/消费者模式，取代了传统的源/目的地传输方式。该模式要求对报文打包，使它具有数据标志场。标志符还提供解决多极优先权(仲裁中使用)的手段，以便更高效地传送I/O数据，并供多个消费者使用。带有数据的设备用正确的标志符在网络上发送数据。所有需要数据的设备在总线监听报文。设备通过对标志符的识别来决定是否接收该报文。采用生产者/消费者模式，报文将不再专属于特定的源或目的地。控制器发出的一个信息，用很窄的带宽就可以供多个马达启动器使用。DeviceNet定义了两种不同类型的报文：I/O报文和显性报文。I/O报文适用于实时性要求较高和面向控制的数据。I/O报文提供了在报文发送过程和多个报文接收过程之间的专用通信路径。I/O报文通常使用优先级高的连接标志符，通过一点或多点连接进行信息交换。I/O报文帧中的8位数据场不包含任何与协议有关的位，只有当I/O报文为大报文经过分割后形成I/O报文片断时，数据场中才有一位由报文分割协议使用。连接标志符提供了I/O报文的相关信息，在I/O报文利用连接标志符发送之前，报文的发送和接收设备都必须先进行设定。设定的内容包括源和目的对象的属性以及数据生产者和消费者的地址。显性报文则适用于两个设备间多用途的点对点报文传递，是典型的请求/响应通信方式，常用于节点的配制、问题诊断等。显性报文通常使用优先级低的连接标志符，并且该报文的相关信息包含在显性报文数据帧的数据场中，包括要执行的服务和相关对象的属性及地址。要发送的报文Frag#1 Frag# 2 Frag#3Frag#2Frag#3Frag#1重组的报文图3-3报文分段服务设备网为长度大于8字节的报文提供了分段服务，如图3-3所示。大的I/O报文可以分割成任意多的标准I/O报文。对于显性报文，也可以进行分段，如图3-4和图3-5所示。分段服务为设备网提供了更多的可扩展性和兼容性，保证了将来更加复杂、更加智能化的设备可以加入到设备网中。设备网面向对象的设计和编址方式使设备可以在不改变基本的协议和连接模型的基础上无限地扩展其能力。另一方面，一个含两个报文连接的简单从机设备的应用(1个I/O报文，1个显性报文)，用带4KROM和175字节RAM(Motorola 68HCO5X4,带内置CAN接口)就可以实现。5 0 报文头1： 报文体70 报文头1 分段协议2： 分段报文体7字体偏移字体偏移内容内容35132106702567 图3-4不分段显性报文数据场格式 图3-5分段显性报文数据场格式I/O报文和显性报文的一般格式如图3-6和3-7所示。CAN 应用 CAN帧头 I/O数据 帧尾CAN 协议场和特 CAN帧头 殊服务数据 帧尾图3-6 I/O报文的格式图3-7 显性报文的格式3.7连接的实例图3-8表示一个信息在主站之间往返的实例。主战向MAC ID=5的从站发送数据。其标识符为0101000000，如图39所示。从站返回数据的连接标识符为00011000101,如图3-10所示。 图3-8 连接示意图 图3-9 主站请求图3-10 从站响应从图中以及标识符的分配可总结连接的特点如下：（1）连接是单方向的，需双向交换数据，则必须建立两个连接。（2）一个节点只有一个MAC ID,如上图是点对点的连接，也可以是一点对多点的连接，在DeviceNet主/从结构中，一个主站可以最多带64个从站。（3）在DeviceNet规范中，用11位的标识符定义了所用的信息源、目的地址、所用信道。（4）连接可动态建立和删除。预定义连接组能建立一个显性报文连接，以及四个I/O连接：位选通的请求/响应连接，轮询的请求/响应连接，状态改变和循环的连接。因此能处理以下信息：（1）I/O位选通报文。I/O位选通报文由主站发送，这一命令可向多点发送，其命令信息包含一个64位的输出数据位串，一个输出位对应一个网络上的MAC ID,如一个主站带六个从站，它只能交换少量的I/O数据。（2）轮询报文。轮询可在主站和它的从站之间传送大量的I/O数据，一个轮询命令直接向单个的、特定的从站发送，轮询响应信息可由从站向主站返回输入数据。在本设计中，就是采用这种通信方式。（3）状态改变报文。采用这种通信方式的从设备，只有当状态改变时才产生数据，主要用于离散设备。（4）显性报文。用于读写属性的操作。（5）非连接报文。在两个设备之间建立/关闭显性报文的连接。（6）仅组2非连接显性请求报文。被用于分配/释放预定义连接组。（7）重复节点报文。被用于执行网络访问状态机器，在同一网络中不能有两个或两个以上的MAC ID 相同的节点。3.8 小结本章叙述了Devienet规范1和2中与设计从设备有关的物理层、数据链路层和应用层协议，对CAN总线的帧格式及在Devienet中使用情况做了介绍，对生产者/消费者的网络模型的特点做了论述，并对DeviceNet中的对象逐一进行了介绍，也论述了控制网络中两类主要的报文：显性报文和I/O报文。他们的特点以及在DeviceNet中的数据通讯的方式，用户根据产品的具体需要选择轮询、选通、状态改变/周期性等不通的数据交换方式。对协议规范有一定的理解后，就可以进行智能节点的开发了。第四章 温度变送器及智能式温度变送器变送器在自动检测和控制系统中的作用，是对各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位等物理量进行检测，以供控制之用。变送器在控制系统中是不可缺少的环节，获取可靠的过程参数是控制的基础。变送器按被测参数分类，变送器分为差压变送器、 温度变送器、 流量变送器等。4.1 温度变送器温度变送器与测温组件相配合，将温度信号转换成统一标准信号或数字信号。它分为模拟式温度变送器和智能式温度变送器两大类。典型的模拟式温度变送器原理框图如图41。图4-1模拟式温度变送器原理框图检测组件把被测温度Ti或其它工艺参数X转换为变送器的的输入信号送入变送器。经输入回路变换成直流毫伏信号Ui, Ui 和调零与零迁电路产生的调零信号Uz 的代数和同反馈电路产生的反馈信号Uf 进行比较，差值送入放大器，输出整机的信号I0 ,这个标准信号是020mADC。温度变送器经历了和 型的发展，正面向智能化的方向发展。54.2智能式温度变送器目前，智能式温度变送器有采用HART通信方式的，技术较成熟，产品的种类较多。现场总线技术在这一方面也正在研究制造中，智能式温度变送器具有如下的特点：（1）通用性强。智能式温度变送器可以与各种热电阻或热电偶使用，并接受毫伏信号。（2）使用方便灵活。通过上位机可以对智能式温度变送器所接受的传感器的类型以及量程进行任意组态，并对变送器的零点和满度值进行远距离调整。（3）具有控制功能。实现现场就地控制。（4）具有通信功能。可以与其它各种智能化的现场控制设备以及上层管理控制计算机实现双向信息通信。（5）具有自诊断功能。定时对变送器的零点和满度值进行自校正，对信号断线进行报警，工作异常时给出报警信号等等。智能式温度变送器的构成框图如图42。图4-2 智能式温度变送器的一般形式智能式温度变送器主要包括传感器组件、A/D转换器、微处理器、存储器和通信电路部分。传感器组件也可不包括在里面，A/D转换器转换成数字信号以后送入微处理器、进行数据处理，变送器通过通信电路挂接在网络通信电缆上。与网络中的设备通信，传送测量结果信号。5本设计的智能式温度变送器是一种采用DeviceNet通信协议的现场总线型智能仪表，它可以与传感器一起测量其它参数。在硬件结构上，它由输入板和主电路板组成，主电路板在随后的章节中介绍。而输入板由于是模拟信号，可以单独实现。现在的模拟仪表是非常成熟的技术。在输入板上，实现热电偶的冷端温度补偿，以及信号隔离。热电偶的冷端温度补偿电路的简化电路如图43。图4-3 热电偶的冷端温度补偿电路的简化电路运算放大器的同相输入端信号，由热电偶电动势Et和冷端温度补偿电势Uz两部分组成，如下式所示。在电路设计时，使R105(Rcu1+R103)Rcu2+R100, 故上式可表示为：当冷端温度升高时，由于Rcu1,Rcu2的阻值增加，使式中的第二项增加，从而补偿了由于环境温度升高引起的热电偶热电势Et的下降。若冷端环境温度升高越多，Rcu1,Rcu2 的阻值增加使补偿电压Uz 的增量越大，因而可以达到很好的补偿效果。4.3 小结本章对变送器的主要结构和功能作了概述，对模拟的变送器和智能变送器的结构和特点作一般论述。主要为下一章的温度变送器的硬件和软件设计做铺垫。第五章 硬件设计由于智能温度变送器通信接口用于智能温度变送器与DeviceNet网络之间的通信设备，主要是传送I/O数据和其它配置数据。它的主要功能是能把传感器输入的信号转换成数字信号，并能在DeviceNet网络和其它节点之间传送。选择微处理器W78E58、双口RAM IDT7005 、SJA1000 CAN控制器、看门狗及掉电保护系统、82C250 CAN控制器、AnyBus接口、拨码开关及状态LED显示、电源等其它的电子线路作为硬件设计。5.1 硬件电路结构DeviceNet节点硬件首先应实现CAN的基本功能，其次，应保证有足够的存储空间和足够快的运行速度。本节点应具有以下功能：(1) 采用CAN总线协议，实现报文收发和访问控制。(2) 能在125K,250K,500K三种波特率下进行