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现场总线适配器的软硬件设计和现场应用(2)
szzunzheng 发表于 2007/8/10 13:46:43 1222 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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图3所示的RS-422/485接口部分原理图是典型的RS-422/485通讯接口电路，即适用于全双工的RS-422（所有的RS-422/485 选择开关断开），也适用于半双工的RS-485（所有的选择开关闭合）。89C51提供UART控制器，其中P1.5控制发送使能端Tx-EN。 接口芯片采用的是MAX1482（传统上采用75174和75175或MC3486和MC3487两片方案）实现TTL/RS-422电平的相互转换，除了缩小体积、降低功耗外，还具有最多256个网络节点的收发能力。
图3 RS-422/485接口部分原理图
4、CAN总线接口部分
CAN总线之所以在国内乃至全球范围内一直保持高速发展，这完全取决于其卓越的性能。最早CAN总线主要应用在汽车领域，随着集成工艺的发展和成本的降低，被越来越多的控制领域内的软硬件工程师所接受，广泛地应用于各行各业的控制局域网中。应该说，FF、Lonworks 或CEbus 与国内的技术状况和承受能力有一段距离，CAN总线可能更适合我国国情。其主要性能指标为：多主站仲裁结构（分地址优先级，非破坏方式仲裁）；支持主从或广播方式；不加任何扩展最多110个节点；最高通讯速率1Msps；最远通讯距离5kM；通常CAN控制器内部设有接收和发送缓冲区，通讯以帧为单位，最多8个字节的数据，硬件自动进行16位CRC校验，而且具有极强的总线和通讯错误的管理能力。
在我们设计的CAN接口电路中采用了PHILIPS公司生产的CAN总线控制器和CAN接口芯片，分别为82C200（引脚兼容的升级版本为SJC1000）和82C250， 图4为典型的CAN总线接口部分原理图。由于CAN总线的控制器和接口IC的内容太多，在此不作详细描述。
图4 CAN接口部分原理图
5、电源部分
电源方案采用体积小、重量轻的AC-DC模块，输入电压范围165-265VAC，输出两组电源，分别为VCC，GND（+5V/250mA）和+5V，GND2（+5V/150mA）较简单地完成电源方案设计。
四、软件设计
软件设计采用模块化结构，依据各个功能部分进行模块划分，大致划分为：总线适配器内部参数初始化；主循环程序；RS-232、RS-422/485和CAN接口初始化；各总线网络、各网络节点接收和发送缓冲区初始化；RS-232、RS-422/485和CAN接口对应的中断服务程序；通讯信息数据包的命令解释和处理程序；RS-232、RS-422/485和CAN接口对应于通讯信息包的装载和卸载程序；RS-232、RS-422/485和CAN接口对应的出错处理程序。
为便于网络命令和数据处理，本总线适配器采用统一的数据包格式，它们是：源逻辑地址（2字节）、目标逻辑地址（2字节）、命令（1字节）、数据长度（1字节）、数据、数据累加校验和（2字节）。其中源地址和目标地址定义基本相同，各位定义如下：B15——代表主从方式或广播方式；B14——代表主机或从机；B13，B12——代表第几个RS-232网络区间（1至3，0代表不是该网络地址，以下定义相同）；B11，B10——代表第几个RS-422/485 网络区间；B9，
B8——代表第几个CAN 网络区间；B7-B0——对应网络区间下的物理地址（同一个网络区间下最多允许256个网络节点）。限于篇幅，在此不作更详细的讨论。
五、应用实例
作者在赤峰远大肉牛加工厂的冷库计算机分布式控制系统中（LJC-1000）采用了该现场总线适配器，图5为赤峰远大肉牛厂冷库DCS系统的网络结构图。在研制DCS系统过程中，充分利用现场网络终端控制设备在不同控制对象中的性能和成本优势，较好地解决了将不同终端网络控制设备连成一个控制系统的难题，使冷库的整个DCS 控制系统自动化控制和管理达到了国内先进水平。
图5 赤峰远大肉牛厂冷库DCS系统的网络结构图
六、结论
实践证明，本现场总线适配器能够较好地解决了不同现场总线之间的相互连接的问题。而且随着RS-422/485和CAN 总线进一步发展，基于这些网络接口的现场终端设备将更趋多样化，现在以至将来，在系统集成中必不可少地要使用现场总线适配器。因此此类现场总线适配器包括将来兼容FF、Lonworks和CEbus的总线适配器将具有广泛的应用前景。