基于DN1022的DeviceNet總線產品設計

張士全 袁虎 陸偉青

（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801）

    摘要： 以基于CAN的DeviceNet技術為基礎，采用DeviceNet從站協議芯片DN1022和意法半導體公司的32位單片機STM32F051R8T6為智能電機保護器設計了一款DeviceNet從站模塊，并介紹了DeviceNet網絡應用系統構建方法。

    0 引言

    隨著工業現場底層設備的種類越來越多，功能越來越強大，現場總線技術已經得到了廣泛的應用。基于CAN總線的DeviceNet技術，由美國Rockwell公司提出，并由ODVA（Open DeviceNet Vendors Association）進一步開發并做一致性認證。其憑借低成本、高性能、設備級診斷等優異的性能在國際上得到了普遍的采用。DeviceNet協議主要應用于汽車、半導體、電氣機器、運送傳輸系統、食品、水處理、沖壓與注塑等領域。^[1]

    目前開發該協議的方式有：

    （1）向ODVA購買協議規范，自己完成協議開發，此種方式對研發要求高，優點是成本較低，缺點是開發時間較長。

    （2）購買第三方協議包開發�，F在市場上一些大的自動化廠商（如德國赫優訊）提供DeviceNet協議包，供應商可向其購買開發。協議開發包的功能全面，但成本較高、有一定的技術難度。

    （3）購買協議模塊。一些自動化廠商（如ANYBUS、赫優訊）提供集成了DeviceNet協議的IC模塊，供應商只需要將此IC設計到產品的內部并利用串口等進行一些簡單的設置即可。這種方式簡便、開發周期短，缺點是結構固定、成本較高。

    （4）協議芯片。DN1022內部集成了DeviceNet協議從站功能，集成度高、封裝簡單，滿足一般的DeviceNet從節點功能要求，而且成本低、易開發、不受結構限制。^[2][3][4]

    介紹了一種基于DN1022芯片的電機保護器DeviceNet從站功能模塊的開發，不僅實現了現場控制系統對電機重要參數及運行狀態等的實時監控，還可完成總線對電機的遠程啟/停控制，為工業生產帶來了很大便利。

    1 智能電機保護器的DeviceNet通訊模塊開發

    安科瑞電氣股份有限公司為改公司的電機保護器開發了一款DeviceNet從站通訊模塊，并將其集成在產品內部，實現了儀表與通訊模塊的一體化結構，非常便于工業現場控制系統的組網安裝。改模塊的開發基于DeviceNet從站協議芯片DN1022和意法半導體的CPU芯片STM32F051。

    1.1 主要芯片介紹

    1.1.1 控制器

    MCU芯片采用意法半導體公司的Cortex™-M0架構內核的32位處理器STM32F051R8T6，時鐘頻率高達48MHz，內置64 Kb的Flash、8K的RAM、1個12位D/A 轉換器 、11個定時器 、5通道 DMA 控制器 、55個高速 I/O口 、2個 I2C 接口、2個USART、時鐘管理等多種資源，具有很高的性價比。

    1.1.2 DN1022協議芯片

    DN1022芯片內置DeviceNet Group2 Only Slave從站協議棧,具有內置的CAN口和DeviceNet處理引擎，高速串行口、并行口和配置口。用戶處理器可通過高速串口或者并口和該協議芯片通信，只需實現一個簡單的通信協議即可。^[5]

    DN1022技術指標：

    ◆支持最大64個輸入字節，64個輸出字節

    ◆支持POLL(輪詢)、COS（狀態改變）、CYCLIC(循環)三種數據觸發方式

    ◆內置CAN控制器

    ◆芯片供電電壓 3.0V-5.5V

    1.2 硬件功能框圖

    DeviceNet從站模塊的硬件功能如圖1所示。設備上電后，用戶CPU從保護器讀取對DN1022的配置數據。讀取成功并配置完成DN1022后，將DN1022設定為運行態。在運行狀態下，保護器與DeviceNet主站間進行數據交互。工作指示燈顯示模塊CPU的配置、DN1022的初始化及CPU讀取保護器數據的狀態，網絡指示燈顯示DeviceNet的網絡狀態。

圖1 DeviceNet從站模塊的硬件功能

    1.3 DN1022工作原理介紹

    （1）配置：設備上電后，用戶處理器對DN1022進行配置，過程如圖2所示。需要配置的參數有地址、波特率、Network Input連接長度、Network output連接長度等。

圖2 DN1022配置

    （2）I/O數據交換，過程如圖3所示。DN1022內部有一個I/O數據緩沖區，DeviceNet主站與DN1022之間的數據交互是異步進行的。

圖3 DeviceNet主站、DN1022、用戶CPU間的I/O數據交換

    1.4 軟件設計

    軟件設計用C語言完成。主要包括CPU 的初始化、讀保護器配置命令、DN1022配置、保護器與DeviceNet主站間的交互數據等。

    軟件主程序：

    int main(void)

    {

    CPU_INIT(); //CUP初始化

    disp(1); //CUP正常工作，指示燈閃爍第1下

    read_setting();

    set_1022(); //配置DN1022

    while (1)

    {

    read_master(); //讀取實時參數

    PrepareIOrequest(); //給DeviceNet主站上傳保護器數據

    ； //出錯異常處理

    }

    }

    軟件流程如圖4所示。