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現(xiàn)場(chǎng)總線適配器的軟硬件設(shè)計(jì)
現(xiàn)場(chǎng)總線適配器的軟硬件設(shè)計(jì)
隨著計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制的廣泛應(yīng)用，控制局域網(wǎng)絡(luò)也深入應(yīng)用到各行各業(yè)之中。現(xiàn)行的諸多控制系統(tǒng)，若采用單機(jī)控制方式已越來(lái)越難以滿足設(shè)備控制的要求，因?yàn)橥覀兯刂频脑O(shè)備只是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)基本單元，它既需要外部輸入一些必要的信息，同時(shí)也需要向外部輸出自身的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)。所有這些，都要求我們采用控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將眾多設(shè)備有機(jī)的連成一體，以保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。
實(shí)際生產(chǎn)的巨大需求促進(jìn)了局部總線的發(fā)展，同時(shí)也帶來(lái)了“百花齊放，百家爭(zhēng)鳴"的盛況。從國(guó)外到國(guó)內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)較為流行的有：RS-232；RS-422/485；HART；ProfieldBus；Dupline；CAN；Lonworks；FF以及未來(lái)極有發(fā)展?jié)摿Φ腃Ebus。目前我國(guó)的實(shí)際情況是RS-232/RS-422/RS-485應(yīng)用最為普及，CAN網(wǎng)的發(fā)展速度最快而其它優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)（如FF，Lonworks）在國(guó)內(nèi)普及尚需時(shí)日?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外大部分的網(wǎng)絡(luò)終端控制設(shè)備帶有RS-232/RS-422/RS-485 或者CAN 接口，為了便于利用這些控制設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成，設(shè)計(jì)一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線適配器將十分必要。
二、功能描述
本通訊適配器包括三個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)接口分別是RS-232、RS-422/485和CAN接口能夠完成以下功能：
1、RS-232到RS-422/485之間的通訊適配
帶有RS-232接口的主機(jī)（如PC操作站、過程站等）或從機(jī)（如現(xiàn)場(chǎng)控制單元、智能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等）可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線適配器的RS-422/485接口連入由其構(gòu)成的局部控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)RS-422/485網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和命令的傳輸。
2、RS-232到CAN網(wǎng)之間的通訊適配
帶有RS-232接口的主機(jī)（如PC操作站、過程站等）或從機(jī)（如現(xiàn)場(chǎng)控制單元智能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等）可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線適配器的CAN接口連入CAN網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)基于CAN網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和命令的傳輸。
3、RS-422/485到CAN網(wǎng)之間的通訊適配
該通訊適配器能夠?qū)⒁粋€(gè)系統(tǒng)中的RS-422/485網(wǎng)絡(luò)和CAN網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相互連接。這樣當(dāng)源地址在RS-422/485網(wǎng)絡(luò)，而目標(biāo)地址在CAN網(wǎng)時(shí)，或者當(dāng)源地址在CAN網(wǎng)絡(luò)，而目標(biāo)地址在RS-422/485網(wǎng)時(shí)，通訊適配器可以完成兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)和命令的傳輸。由此解決了系統(tǒng)集成過程中不同網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的互連問題，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有更寬的選擇范圍達(dá)到更*的水平。
4、相同或不同網(wǎng)絡(luò)之間的距離、節(jié)點(diǎn)數(shù)和分支擴(kuò)展
由于RS-422/485和CAN網(wǎng)均為總線型網(wǎng)絡(luò)，它們的通訊距離、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目和網(wǎng)絡(luò)分支擴(kuò)展都有一定程度的限制，采用現(xiàn)場(chǎng)總線適配器后，可以任意擴(kuò)展和連接，這在組建較為復(fù)雜的總線型網(wǎng)絡(luò)時(shí)十分有用。
5、通過連接外置MODEM，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和命令的更遠(yuǎn)距離傳輸
當(dāng)更遠(yuǎn)距離的監(jiān)控或管理中心，需要遙測(cè)或遙控本地網(wǎng)絡(luò)（RS-422/485或CAN網(wǎng)）的設(shè)備時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)通訊適配器可以采用連接外置MODEM方式，通過電話線或?qū)＞€，完成本地RS-422/485網(wǎng)絡(luò)或CAN網(wǎng)與遠(yuǎn)方監(jiān)控或管理中心的數(shù)據(jù)和命令的傳輸。
三、硬件設(shè)計(jì)
我們將網(wǎng)絡(luò)適配器按其功能劃分為五個(gè)部分，包括網(wǎng)絡(luò)適配器的最小系統(tǒng)、RS-232接口、RS-422/485接口、CAN接口和電源等部分。以下是每個(gè)部分的具體實(shí)現(xiàn)方法及其特點(diǎn)。
1、現(xiàn)場(chǎng)總線適配器的最小系統(tǒng)
現(xiàn)場(chǎng)總線適配器的最小系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分（CPU、uP監(jiān)控復(fù)位、RAM和非易失性串行EEPROM）：
ATMEL公司的89C51，它是適配器的信息中央處理單元，在軟件的支持下執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)命令、數(shù)據(jù)的接收、處理并發(fā)送出相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)命令和數(shù)據(jù)，發(fā)揮總線適配器在現(xiàn)場(chǎng)局部網(wǎng)絡(luò)中的作用。
Maxim公司的MAX824，具有高、低復(fù)位電平輸出，集強(qiáng)大功能（上電復(fù)位、欠電壓復(fù)位、“看門狗"等和微小封裝（SOT23-5）于一身，是uP監(jiān)控復(fù)位電路的理想選擇。
RAM62256(256kbit)，用于通訊過程中各網(wǎng)絡(luò)的接收和發(fā)送緩沖區(qū)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接收和發(fā)送緩沖區(qū)及CPU數(shù)據(jù)處理緩沖。