基于PCI板卡的DeviceNet主站研究

论文摘要

现场总线技术是当今工业自动化领域的热点之一。DeviceNet作为目前主流的现场总线,其优势突出,具有广泛的应用前景。目前国内对DeviceNet总线设备的研究开发刚刚起步,远远落后于市场需求。开发DeviceNet主站是本文的核心内容。为了掌握DeviceNet关键技术和通信过程并最终构建主站和从站的通信系统,本文深入分析了DeviceNet的对象模型、连接、信息协议、设备描述及EDS等关键技术,通过实验的手段研究了DeviceNet主/从通信的过程和步骤,得到了关于DeviceNet网络通信的相关研究结果。基于上面对DeviceNet关键技术的分析和通信的研究,开发了系列DeviceNet通用I/O从站节点,给出了它们的功能、硬件结构和软件实现方法,并成功进行了组网调试。在对比了国内外目前开发主站的几种方案的基础上,最终采用了基于PCI和微处理器的主站方案,提出了主站应实现的功能并设计了主站的对象模型。为实现主站功能,提出了主站硬件的总体结构框架、DeviceNet连接建立过程的多种状态转换和双口RAM数据交换规则。完成了硬件的设计,并在高速单片机上实现了DeviceNet主站应用层协议,包括扫描配置网络、动态建立和管理与从站的连接通信等关键功能。在PC机上编写了主站板卡的驱动程序和配置监控界面程序,完成了主站的软硬件调试工作。使用自主开发的主站、从站节点和Rockwell公司的DeviceNet从站以及SST的包侦听卡等构建了DeviceNet主站调试通信系统,完成了联网调试,并对通信过程进行了分析,验证了所开发的主站能够实现所设计的功能。目前国内对DeviceNet设备的开发大多是集中在I/O从站,而且功能相对简单。本文对DeviceNet技术的深入研究和主站节点的开发工作对促进DeviceNet技术在我国的发展具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 DeviceNet现场总线的发展现状
• 1.3 DeviceNet网络设备的开发现状
• 1.3.1 国外DeviceNet产品开发现状
• 1.3.2 国内DeviceNet产品开发现状
• 1.4 本课题主要研究的内容
• 第2章 DeviceNet现场总线关键技术分析及通用I/O从站设计
• 2.1 DeviceNet关键技术分析
• 2.1.1 DeviceNet的对象模型
• 2.1.2 DeviceNet的连接
• 2.1.3 DeviceNet的信息协议
• 2.1.4 设备描述与EDS
• 2.2 DeviceNet网络通信过程的实验研究
• 2.2.1 实验系统的构建和实验方法
• 2.2.2 通信报文分析和实验结果
• 2.3 DeviceNet系列通用I/O从站的设计
• 2.3.1 系列通用I/O从站的总体规划
• 2.3.2 通用I/O从站的硬件设计
• 2.3.3 通用I/O从站的软件设计
• 2.3.4 EDS的生成和组网调试通信
• 2.4 本章小结
• 第3章 DeviceNet主站的总体设计
• 3.1 DeviceNet主站的功能设计
• 3.1.1 DeviceNet主站的功能
• 3.1.2 DeviceNet主站的对象建模
• 3.2 DeviceNet主站的三种设计方案分析
• 3.2.1 基于PLC和扫描器模块的DeviceNet主站
• 3.2.2 基于PC板卡及上位机程序的DeviceNet主站
• 3.2.3 基于PC板卡和微处理器的DeviceNet主站
• 3.3 基于PCI板卡的DeviceNet主站设计方案
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于PCI板卡的DeviceNet主站硬软件设计
• 4.1 DeviceNet主站的硬件设计
• 4.1.1 主站的硬件结构框图
• 4.1.2 DeviceNet接口电路设计
• 4.1.3 微处理器电路的设计
• 4.1.4 PCI接口电路的设计
• 4.1.5 双口RAM数据交换电路的设计
• 4.2 DeviceNet主站应用层协议的单片机实现
• 4.2.1 主站应用层软件的总体设计
• 4.2.2 自动波特率识别
• 4.2.3 网络配置和初始化
• 4.2.4 连接的动态建立和管理
• 4.2.5 报文收发管理
• 4.2.6 双口RAM数据交换
• 4.2.7 扫描网络
• 4.3 上位机驱动程序及人机界面的实现
• 4.3.1 主站板卡的Windows驱动程序设计
• 4.3.2 主站人机界面的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 DeviceNet主站的组网调试和通信过程分析
• 5.1 构建DeviceNet主站调试通信系统
• 5.2 DeviceNet主站的组网调试
• 5.2.1 使用配置软件配置DeviceNet网络
• 5.2.2 DeviceNet主站调试及通信过程分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢