基于dn1022的devicenet总线产品设计
孙丽莉
摘要： 以基于can的devicenet技术为基础，采用devicenet从站协议芯片dn1022和意法半导体公司的32位单片机stm32f051r8t6为智能电机保护器设计了一款devicenet从站模块，并介绍了devicenet网络应用系统构建方法。
关键词：智能电机保护器；devicenet；组网
0 引言
随着工业现场底层设备的种类越来越多，功能越来越强大，现场总线技术已经得到了广泛的应用。基于can总线的devicenet技术，由美国rockwell公司提出，并由odva（open devicenet vendors association）进一步开发并做一致性认证。其凭借低成本、高性能、设备级诊断等优异的性能在国际上得到了普遍的采用。devicenet协议主要应用于汽车、半导体、电气机器、运送传输系统、食品、水处理、冲压与注塑等领域。[1]
目前开发该协议的方式有：
（1）向odva购买协议规范，自己完成协议开发，此种方式对研发要求高，优点是成本较低，缺点是开发时间较长。
（2）购买第三方协议包开发。现在市场上一些大的自动化厂商（如德国赫优讯）提供devicenet协议包，供应商可向其购买开发。协议开发包的功能全面，但成本较高、有一定的技术难度。
（3）购买协议模块。一些自动化厂商（如anybus、赫优讯）提供集成了devicenet协议的ic模块，供应商只需要将此ic设计到产品的内部并利用串口等进行一些简单的设置即可。这种方式简便、开发周期短，缺点是结构固定、成本较高。
（4）协议芯片。dn1022内部集成了devicenet协议从站功能，集成度高、封装简单，满足一般的devicenet从节点功能要求，而且成本低、易开发、不受结构限制。[2][3][4]
介绍了一种基于dn1022芯片的电机保护器devicenet从站功能模块的开发，不仅实现了现场控制系统对电机重要参数及运行状态等的实时监控，还可完成总线对电机的远程启/停控制，为工业生产带来了很大便利。
1 智能电机保护器的devicenet通讯模块开发
安科瑞电气股份有限公司为改公司的电机保护器开发了一款devicenet从站通讯模块，并将其集成在产品内部，实现了仪表与通讯模块的一体化结构，非常便于工业现场控制系统的组网安装。改模块的开发基于devicenet从站协议芯片dn1022和意法半导体的cpu芯片stm32f051。
1.1 主要芯片介绍
1.1.1 控制器
mcu芯片采用意法半导体公司的cortex™-m0架构内核的32位处理器stm32f051r8t6，时钟频率高达48mhz，内置64 kb的flash、8k的ram、1个12位d/a 转换器 、11个定时器 、5通道 dma 控制器 、55个高速 i/o口 、2个 i2c 接口、2个usart、时钟管理等多种资源，具有很高的性价比。
1.1.2 dn1022协议芯片
dn1022芯片内置devicenet group2 only slave从站协议栈,具有内置的can口和devicenet处理引擎，高速串行口、并行口和配置口。用户处理器可通过高速串口或者并口和该协议芯片通信，只需实现一个简单的通信协议即可。[5]
dn1022技术指标：
◆支持最大64个输入字节，64个输出字节
◆支持poll(轮询)、cos（状态改变）、cyclic(循环)三种数据触发方式
◆内置can控制器
◆芯片供电电压 3.0v-5.5v
1.2 硬件功能框图
devicenet从站模块的硬件功能如图1所示。设备上电后，用户cpu从保护器读取对dn1022的配置数据。读取成功并配置完成dn1022后，将dn1022设定为运行态。在运行状态下，保护器与devicenet主站间进行数据交互。工作指示灯显示模块cpu的配置、dn1022的初始化及cpu读取保护器数据的状态，网络指示灯显示devicenet的网络状态。
图1 devicenet从站模块的硬件功能
1.3 dn1022工作原理介绍
（1）配置：设备上电后，用户处理器对dn1022进行配置，过程如图2所示。需要配置的参数有地址、波特率、network input连接长度、network output连接长度等。
图2 dn1022配置
（2）i/o数据交换，过程如图3所示。dn1022内部有一个i/o数据缓冲区，devicenet主站与dn1022之间的数据交互是异步进行的。
图3 devicenet主站、dn1022、用户cpu间的i/o数据交换
1.4 软件设计
软件设计用c语言完成。主要包括cpu 的初始化、读保护器配置命令、dn1022配置、保护器与devicenet主站间的交互数据等。
软件主程序：
int main(void)
{
cpu_init(); //cup初始化
disp(1); //cup正常工作，指示灯闪烁第1下
read_setting();
set_1022(); //配置dn1022
while (1)
{
read_master(); //读取实时参数
prepareiorequest(); //给devicenet主站上传保护器数据
； //出错异常处理
}
}
软件流程如图4所示。
图4 devicenet模块软件流程
2 devicenet组网
目前较普遍的devicenet组网方式为主/从连接，依靠主站的管理来完成数据交换。采用的主站有集成了devicenet主站功能的plc、计算机插卡（usb卡、pci卡）等。尤以plc的使用最为普遍。下面分别介绍这两种组网方式。
2.1 周立功devicenet主站（计算机usb卡）
周立功usbcan-e-d主站卡可实现devicenet主从站间的通讯。利用上位机软件canmanager for devicenet设置主从站的波特率、通讯地址、扫描时间、延时时间、数据触发方式（如轮询、状态改变）等参数。周立功主站与安科瑞电气电机保护器（从站）交互i/o数据的软件界面如图5所示。这种方式组网简单、使用方便，特别适合生产与调试。
图5 周立功usbcan-e-d主站监控
2.2 台达dvp plc
台达电子dvp系列小型plc，结合其devicenet主站扫描模块dvpdnet_sl，可作为工业现场的devicenet主站。结合安科瑞集成有devicenet从站功能的ard电机保护器，进行主从站网络的搭建，步骤为：
（1）按要求完成主从站的硬件接线。
（2）利用devicenet通讯配置软件devicenet builder 2.00进行组态，如图6所示。完成网络组态后，主站为dnet scanner，其余为电机保护器从站。
（3）利用编程软件wplsoft软件进行数据监控。
配置好通讯网络后，可通过监控和设置plc的相应寄存器来完成主站对从站的管理和控制如图7所示。启动wplsoft软件后，在装置监控窗口里设置相应寄存器的起始地址和寄存器数量，结合从站的通讯地址表，就可以实时监控从站的电参量等参数。还可以设定寄存器的值，向从站下发命令，实现通信线远程控制。
图6 devicenet通讯配置组态
图7 监控与设置plc的寄存器数值
3 结束语
基于devicenet现场总线技术的智能电机保护器，采用最新的单片机技术，设计体积紧凑，实现了工业过程控制对电动机的远程控制与高效管理。