控制器局域網(wǎng)絡總線智能通信節(jié)點的設計

1、控制器局域網(wǎng)絡總線智能通信節(jié)點的設計    【摘 要】目前，集通信技術、計算機技術以及控制技術三項技術于一體的現(xiàn)場總線技術被人類稱作自動化領域的局域網(wǎng)。其中，控制器局域網(wǎng)絡現(xiàn)場總線憑借著其可靠性高、性能強勁以及設計獨特等優(yōu)勢愈來愈廣為人知。 【關鍵詞】通信設計；智能節(jié)電；控制器局部網(wǎng)絡 1、控制器局域網(wǎng)絡現(xiàn)場總線的優(yōu)勢 通常來說，在通信速率與通信距離適中、通信內(nèi)容簡潔的應用場合，相較于其他現(xiàn)場總線而言，基于控制器局域網(wǎng)絡總線的控制系統(tǒng)往往更具優(yōu)勢。就拿它和如今大量RS-485基于R線構建的控制系統(tǒng)來說吧，其優(yōu)勢較為突出，主要表現(xiàn)在下面幾大方面上，即： 依

2、靠控制器局域網(wǎng)絡控制器接口芯片82C250的兩個輸出端控制器局域網(wǎng)絡L和控制器局域網(wǎng)絡H，控制器局域網(wǎng)絡總線能夠成功地與物理總線連接起來，但是，控制器局域網(wǎng)絡H端的狀態(tài)僅僅為懸浮狀態(tài)或者高電平狀態(tài)，而控制器局域網(wǎng)絡L端為懸浮狀態(tài)或者低電平狀態(tài)。同時，在錯誤過多的情況當中，控制器局域網(wǎng)絡節(jié)點享有自動關閉輸出功效，從而讓總線上的其他節(jié)點的操作不會受到任何影響。但是在RS-485網(wǎng)絡當中，一旦系統(tǒng)存在錯誤，產(chǎn)生多個節(jié)點，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至總線處，則就會造成總線短路，進而使部分節(jié)點受損。由于個別節(jié)點有問題，會讓總線死鎖。 控制器局域網(wǎng)絡控制器工作的方式有很多種，網(wǎng)絡當中的各節(jié)點均可按總線訪問優(yōu)先級別選擇無

3、損結構的逐位仲裁的手段競爭并傳輸數(shù)據(jù)至總線。同時，控制器局域網(wǎng)絡協(xié)議還把站地址編碼廢除了，改用通訊數(shù)據(jù)加以編碼，如此就能讓不同的節(jié)點在同一時間獲取到一致的數(shù)據(jù)，且極大地增強了控制器局域網(wǎng)絡總線所組成的網(wǎng)絡各個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信的實時性。此外，它還易產(chǎn)生冗余結構，提升系統(tǒng)的靈活性與可靠性。但是，若運用RS-485的話，就只可以組成主從式結構系統(tǒng)，僅支持采用主站輪詢的手段進行通訊，且系統(tǒng)的可靠性與實時性也差強人意。 控制器局域網(wǎng)絡要想具備健全的通信協(xié)議，應當依靠控制器局域網(wǎng)絡控制芯片以及它的接口芯片以促使系統(tǒng)的開發(fā)難度大幅度降低，減少其開發(fā)時間，而這些均是電氣協(xié)議的RS-485所無法比及的。 2、

4、控制器局域網(wǎng)絡現(xiàn)場總線智能節(jié)點設計方案 該系統(tǒng)主要是依靠適配卡、控制器總線網(wǎng)絡、監(jiān)控計算機以及智能監(jiān)控節(jié)點構成的，下圖1為其系統(tǒng)結構。從圖中可看出，位于現(xiàn)場的監(jiān)控節(jié)點可針對電機進行智能保護與控制；依靠各大控制節(jié)點與控制器總線網(wǎng)之間對計算機進行監(jiān)控，實施實時通信，進而實現(xiàn)潛水電泵機組的集中監(jiān)管與分散控制。 監(jiān)控系統(tǒng)當中的控制節(jié)點是依靠控制器收發(fā)器、控制器以及外圍電路所構成的，而監(jiān)控計算機可依靠工控機IPC或者普通PC來完成。其中，PC-控制器適配卡包括了ISA總線適配卡、PCI總線適配卡或者RS232串行通信適配器三大類，其主要用于轉(zhuǎn)換監(jiān)控計算機與控制器總線之間的協(xié)議。同時，各個控制節(jié)點間以屏蔽

5、雙絞線互聯(lián)組成控制器總線網(wǎng)絡，并于總線兩端連接120的阻抗匹配電阻，從而增加系統(tǒng)的抗干擾能力、提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 通常來說，控制器局域網(wǎng)絡的智能節(jié)點有兩種實現(xiàn)手段，其一，控制器局域網(wǎng)絡控制器+微控制器+控制器局域網(wǎng)絡收發(fā)器；其二，控制器局域網(wǎng)絡收發(fā)器+集成控制器局域網(wǎng)絡控制器的微控制器。凡是與控制器局域網(wǎng)絡總線的規(guī)范相符的單元均可依靠控制器局域網(wǎng)絡接口接入控制器局域網(wǎng)絡總線?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡總線已獲取到Motorola、Intel、Siemens、Philips等公司的大力支持，并供應了大量可實現(xiàn)控制器局域網(wǎng)絡總線協(xié)議的芯片，便于用戶作出抉擇。除此之外，控制器局部網(wǎng)絡協(xié)議全方位地接受人民的監(jiān)管，

6、以便于控制器局域網(wǎng)絡總線的開發(fā)設計?？刂破骶植烤W(wǎng)絡控制器涵蓋了Philips公司的SJA1000與82c200以及Intel公司的82527與82526等。另外，還集成了大量控制器局域網(wǎng)絡控制器的微控制器，例：Intel公司的196CA/CB以及Philips公司的P8XC592/598等。此類芯片通常均兼容最新的控制器局域網(wǎng)絡協(xié)議。 方案一：基于DSP芯片的嵌入式控制器控制器局域網(wǎng)絡節(jié)點來實現(xiàn)。 某公司就控制領域的運用專門設計了TMS320LF28X系列與TMS320LF240X系列的DSP芯片。 此芯片內(nèi)部既集成了兼容控制器局域網(wǎng)絡2.0A/B的控制器局域網(wǎng)絡控制器，又集成了多樣化顯著的控

7、制類單元，故很容易接入基于DSP芯片的嵌入式控制系統(tǒng)設計控制器局域網(wǎng)絡總線上的一個控制器局域網(wǎng)絡節(jié)點，且僅需占用DSP的兩根I/O口線，而控制器局域網(wǎng)絡的接收端與發(fā)送端和I/O是復用的，本次方案把TMS320LF2407當成微控制器，與控制器局域網(wǎng)絡發(fā)送器PCA82C250共同地對控制器局域網(wǎng)絡節(jié)點進行設計。其既能夠?qū)崿F(xiàn)總線通信功能，又可實現(xiàn)所有的控制功能。但是，特別需注意的是，2407選取低功耗設計，3.3V供電，而控制器局域網(wǎng)絡發(fā)送器PCA82C250采用的是5V供電。若能夠直接地連接起來，2407絕對不能承受得??；若選用兩路光耦6N137，則會發(fā)揮出隔離控制器局域網(wǎng)絡總線與DSP的效用。

8、 方案二：依靠基于基于51單片機和SJA1000控制器局域網(wǎng)絡控制器的控制器局域網(wǎng)絡節(jié)點來實現(xiàn)。 該方案主要選用SJA1000、AT89C51以及PCA82C250設計控制器局域網(wǎng)絡節(jié)點三種，其中SJA1000控制器局域網(wǎng)絡控制器與單片機均需時鐘信號，此處采用24MHz的晶振，而51單片機的時鐘則選用SJA1000的CLKOUT輸出。其中，SJA1000的時鐘由于此與未來總線波特率的設置存在直接的關系，若晶振太小，控制器局域網(wǎng)絡節(jié)點就不可能在高速模式下運行，故SJA1000的時鐘非常重要。 方案比較：因DSP的數(shù)字信號處理能力極強，故在處理大信息量的場所往往會采用基于DSP芯片設計的控制器局域網(wǎng)絡節(jié)點。而在工控系統(tǒng)當中，需處理的數(shù)據(jù)較少，因此在此類只需簡單控制的場所經(jīng)常會選用單片機開發(fā)控制器局域網(wǎng)絡節(jié)點以減少成本造價。除此之外，運用獨立的控制器局域網(wǎng)絡控制器SJA1000，他們可按相應的需求自大量種別的單片機當中挑選出最理想的系統(tǒng)設計方案。 結合實際狀況，本次應當采取方案一，按硬件電路的可移植性與協(xié)議的通用型，便捷的移植至別的應用環(huán)境當中，具備很大的實際運用價值與意義。而82C25器件提供的對于控制器局域網(wǎng)絡控制器的差動接受能力以及對于總線的差動發(fā)送能力，和標準完全兼容。 3、結語 由于人民生活水準的不斷提升以及最近幾年來信息產(chǎn)業(yè)與計算機