基于DeviceNet的网络化仪表研究

论文摘要

现场总线技术是一种先进的工业控制技术,它将分散在各个工业现场的智能仪表连为一体并与控制室中的监控器一起构成现场总线控制系统(Fieldbus Control System)。在现场总线控制系统中通常存在两大类型节点：主站和从站。主站功能较强,负责各个从站的监控和参数配置,通过LCD显示各种信息等。从站功能则相对简单,往往只负责某种操作,如温度采集。本文主要研究对象是主站,采用CAN总线开发。CAN总线目前被认为是最有前途的现场总线之一,它可以保证数据传输的实时性和正确性。但它只定义物理层和数据链路层,应用层则完全交由CAN开发者根据自身情况制定。因此,本文的另一项主要工作是网络应用层协议的制定和实现。在设计主站时,考虑到其功能强、任务多的特点,这对于传统C51系列微控制器而言,无论是在运算速度还是寻址范围方面都已无法满足要求。经过分析采用性价比较高的ARM7TDMI内核微控制器S3C44B0X作为主站控制单元,它可提供0.9MIPS的三级指令流水线。此外,还提供大量片上外设,寻址范围可达256MB。但它没有内嵌CAN控制器,无法实现CAN协议,因此,需要外挂独立的CAN控制器。考虑到其地址和数据线是分开使用,同时还内嵌有SIO控制器(兼容SPI),于是采用带SPI接口的MCP2515作为CAN控制器,其SPI通信波特率可高达10Mbps,不会对CAN通信波特率造成限制(CAN最大通信波特率为1Mbps)。在完成主站硬件设计之后,就需要制定应用层通信协议及编程实现,在制定协议过程中,参考了DeviceNet协议。它是一种基于CAN开发的应用层协议,目前已经比较完善和成熟,尤其在报文格式定义、物理量类型定义、物理单位定义、数据类型定义方面值得借鉴。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 课题主要工作内容
• 第2章 网络化仪表系统
• 2.1 传统仪表与网络化仪表
• 2.2 CAN协议简介
• 2.2.1 CAN物理层
• 2.2.2 CAN数据链路层
• 2.3 DevcieNet协议简介
• 2.3.1 DeviceNet连接
• 2.3.2 DeviceNet对象模型
• 第3章 主站总体设计
• 3.1 主站功能及结构
• 3.2 主站MCU（微控制器）选择
• 3.2.1 ARM处理器
• 3.2.2 S3C44B0X微控制器
• 3.2.3 S3C44B0X开发系统
• 3.3 主站各个功能模块实现
• 3.3.1 存储模块实现
• 3.3.2 人机对话模块实现
• 3.3.3 电源及状态显示模块实现
• 3.3.4 CAN模块实现
• 3.3.5 主站实现框图
• 第4章 主站CAN模块设计
• 4.1 CAN模块总体设计
• 4.2 CAN模块硬件设计
• 4.2.1 主要器件选型
• 4.2.2 CAN模块实现框图
• 4.2.3 CAN模块电路原理
• 4.3 CAN模块软件设计
• 4.3.1 SPI通信原理
• 4.3.2 S3C44B0X内置SIO控制器编程应用
• 4.3.3 MCP2515工作模式
• 4.3.4 MCP2515 CAN通信波特率计算
• 4.3.5 MCP2515收发缓冲器和屏蔽过滤器
• 4.3.6 S3C44B0X对MCP2515 SPI指令集的实现
• 4.3.7 MCP2515初始化
• 4.3.8 CAN模块环回模式下程序设计
• 4.3.9 CAN模块正常模式下程序设计
• 第5章 主站人机模块及9810卡软件设计
• 5.1 人机对话模块软件设计
• 5.1.1 LCD软件设计
• 5.1.2 按键软件设计
• 5.2 上位机9810卡应用软件设计
• 第6章 网络通信协议
• 6.1 DeviceNet报文格式
• 6.2 CAN多主模式
• 6.3 物理量类型
• 6.4 报文格式定义
• 6.4.1 CAN标识区定义
• 6.4.2 CAN数据区定义
• 6.5 协议实验
• 第7章 系统调试
• 7.1 系统调试总体思想
• 7.2 S3C44B0X开发系统调试及应用
• 7.2.1 开发工具及开发方式
• 7.2.2 ARM开发软件应用
• 7.3 主站CAN模块调试
• 7.3.1 S3C44B0X内置SIO控制器调试
• 7.3.2 S3C44B0X-MCP2515调试
• 7.4 主站LCD及按键调试
• 7.5 9810卡应用软件注意事项
• 7.6 网络系统调试
• 第8章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢