專利名稱：Profibus-DP和Modbus集成化從節(jié)點裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ProfibUS-DP和Modbus兩種工業(yè)現(xiàn)場總線集成技術(shù)的從節(jié)點裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域一直是國內(nèi)外研究的熱點，Profibus-DP和和Modbus現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展也相當(dāng)成熟，都形成了各自的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議規(guī)范。目前，PR0FIBUS在我國現(xiàn)場總線市場的占有率超過30%以上，在各種現(xiàn)場總線中居第一位，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋了汽車制造、紡織、造紙、交通信號系統(tǒng)、食品、化工以及電力等多 種行業(yè)。PR0FIBUS目前是全球應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，全球大多數(shù)廠商的PLC產(chǎn)品和自動化設(shè)備產(chǎn)品都提供PR0FIBUS通信接口，這其中包括各種傳感器、變送器、氣動閥、電磁閥和繼電器等。截至2005年，全球已有上百家企業(yè)(如西門子、AEG、ABB、W00DHEAD公司等)加入PR0FIBUS組織，開發(fā)出的產(chǎn)品多達2500多種，已經(jīng)有超過一千萬個PR0FIBUS總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點成功應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。MODBUS最初由Modicon公司開發(fā)出來，在1979年末該公司成為施耐德自動化部門的一部分，現(xiàn)在MODBUS已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用MODBUS協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。目前，為了將工業(yè)設(shè)備接入一種工業(yè)現(xiàn)場總線，傳統(tǒng)的方法是通過一個符合該總線標(biāo)準(zhǔn)的從站將該設(shè)備連接到工業(yè)現(xiàn)場總線上，針對不同標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場總線，就需要不同的從節(jié)點裝置，這就造成那些使用多種現(xiàn)場總線的企業(yè)需要購買多種從節(jié)點裝置，導(dǎo)致成本的提高，也不便于工業(yè)設(shè)備接入現(xiàn)場總線之中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)針對不同標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場總線需要不同的從節(jié)點裝置的問題，提供一種Profibus-DP和Modbus集成化從節(jié)點裝置，通過該裝置，可以使用戶方便的將其設(shè)備接入到Profibus-DP或者Modbus現(xiàn)場總線上,而非使用兩個不同的從節(jié)點裝置完成工業(yè)設(shè)備和現(xiàn)場總線的互聯(lián)。該裝置方便技術(shù)人員安裝，通用性強，具有重大的實際意義。本發(fā)明提供的Profibus-DP和Modbus集成化從節(jié)點裝置，由基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接口單元和協(xié)議切換與RS-485接口單元構(gòu)成；所述的基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接口單元，用于處理Profibus-DP和Modbus完整的通信協(xié)議，包括有基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接口單元，用于處理Profibus-DP和Modbus完整的通信協(xié)議，包括有微處理器，用于對ProfibUS-DP總線的通信協(xié)議芯片SPC3進行初始化配置和處理其用戶程序，處理完整的Modbus通信協(xié)議，通過外部數(shù)據(jù)交換接口電路完成和外部設(shè)備的通信，接收撥碼開關(guān)電路設(shè)置的從站地址號；外部數(shù)據(jù)交換接口電路，為整個裝置提供電源，通過與微處理器雙向連接實現(xiàn)微處理器與外部設(shè)備的雙向連接；電源電路，與外部數(shù)據(jù)交換接口電路連接，通過外部設(shè)備為電源電路提供5V電源，電源電路同時與微處理器連接，再通過電源隔離芯片，分別為主裝置和RS485接口驅(qū)動側(cè)提供穩(wěn)定5V電源；撥碼開關(guān)電路，與微處理器雙向連接，用于設(shè)置SPC3的節(jié)點號；SPC3通信協(xié)議芯片，和微處理器雙向連接，內(nèi)部集成了全部Profibus-DP數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議，通過微處理器對SPC3進行配置和數(shù)據(jù)管理，完成和Profibus-DP主站的正常通信； 所述的協(xié)議切換與RS-485接口單元，包括有從站協(xié)議切換電路和光耦隔離和RS-485接口驅(qū)動電路。從站協(xié)議切換電路，與基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接口單元中的微處理器雙向連接，完成裝置在兩個協(xié)議之間進行切換；從站協(xié)議切換電路，由三態(tài)門電路和跳線電路組成；跳線電路一端和5V電源連接，另一端經(jīng)過限流電阻和微處理器的一個I/O 口連接，通過程序判斷該I/O 口的高低電平狀態(tài)，當(dāng)該I/o 口為高電平時，程序跳入工業(yè)過程總線DP主程序，執(zhí)行工業(yè)過程總線DP從節(jié)點功能，當(dāng)該I/o 口為低電平時,程序跳入Modbus主程序,執(zhí)行Modbus從節(jié)點功能；微處理器的讀、寫和發(fā)送控制引腳既通過SPC3與RS-485接口連接，同時讀、寫信號線也經(jīng)過三態(tài)門電路與RS-485接口連接，當(dāng)裝置作為Profibus-DP從節(jié)點時，三態(tài)門電路處于高阻狀態(tài)，微處理器的讀和寫引腳與SPC3雙向連接，當(dāng)裝置作為Modbus從節(jié)點時，三態(tài)門電路導(dǎo)通，微處理器的讀和寫引腳直接和RS-485接口電路雙向?qū)?，SPC3不被選中。光耦隔離和RS-485接口驅(qū)動電路，內(nèi)部與從站協(xié)議切換電路雙向連接，并與基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接口單元中的SPC3通信協(xié)議芯片雙向連接，外部與Profibus-DP和Modbus工業(yè)現(xiàn)場總線雙向連接，一方面將RS-485接口驅(qū)動側(cè)的電源和主裝置的電源隔離開，另一方面能方便的接入Prof ibus-DP或Modbus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。光耦隔離和RS-485接口驅(qū)動電路由光耦隔離電路和RS-485接口驅(qū)動電路構(gòu)成；光耦隔離電路，將該裝置的主體電路和RS-485接口驅(qū)動電路通過光耦隔離芯片隔離開，以消除從站設(shè)備對總線信號的干擾，提高信號質(zhì)量； RS-485接口驅(qū)動電路，使集成化從節(jié)點模塊通過RS-485接口能方便的接入Profibus-DP或Modbus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。所述的撥碼開關(guān)電路包括八位撥碼開關(guān)和三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245，其中74LS245 —側(cè)總線和撥碼開關(guān)連接，另一側(cè)總線和微處理器的PO 口連接，通過撥碼開關(guān)對Profibus-DP協(xié)議從站地址號進行設(shè)定。所述的外部數(shù)據(jù)交換接口電路包括地址鎖存器74HC573、雙口 RAM即IDT7130和一個14X2的2_標(biāo)準(zhǔn)接插件；一個雙口 RAM芯片具有兩套獨立的地址、數(shù)據(jù)和控制線，允許兩個CPU同時對該存儲器芯片進行隨機性訪問，作為微處理器與外部設(shè)備的共享數(shù)據(jù)存儲器，用于交換微處理器與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)，兩套獨立的邏輯控制線確保兩個單片機對其同一單元讀寫操作的正確性，解決端口爭用問題；雙口 RAM的右側(cè)地址總線與控制總線和微處理器單向連接，由微處理器提供地址和邏輯控制信號，雙口 RAM的右側(cè)數(shù)據(jù)總線和微處理器雙向連接，雙口 RAM左側(cè)數(shù)據(jù)、地址和控制總線連接在接口電路上，由外部設(shè)備提供地址、數(shù)據(jù)和邏輯控制信號；通過一組14X2的間距2. Omm的標(biāo)準(zhǔn)接插器件，使其與雙口RAM左側(cè)數(shù)據(jù)、地址和邏輯控制總線雙向連接，方便外部設(shè)備的接入。所述的電源電路包括一片電源隔離芯片ADUM5000，該芯片的外部電源引腳VDDl連接在接口電路上，由外部設(shè)備提供總電源，該芯片輸出側(cè)引腳VISO可輸出一個新的5V電源，為RS-485接口驅(qū)動電路側(cè)供電，通過電源隔離芯片ADUM5000實現(xiàn)把主裝置側(cè)的電源和RS-485接口驅(qū)動電路側(cè)的電源隔離開。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果由以上本發(fā)明提供的技術(shù)方案可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供了一種集Profibus-DP和Modbus協(xié)議于一體的從節(jié)點裝置，其具有集成兩種現(xiàn)場總線的從節(jié)點功能，通過該裝置，可以方便的將工業(yè)設(shè)備接入到Profibus-DP或者Modbus工業(yè)現(xiàn)場總線上， 具有重大的實際意義。


圖I為Profibus-DP和Modbus集成化從節(jié)點裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；圖2為微處理器電路圖；圖3和圖4為外部數(shù)據(jù)交換接口電路；圖5為裝置的電源隔離電路圖；圖6為撥碼開關(guān)的電路圖；圖7為Profibus-DP和協(xié)議處理芯片SPC3的電路圖；圖8為工作狀態(tài)指示電路圖；圖9為協(xié)議切換電路圖；圖10為光耦隔離和RS-485接口驅(qū)動電路圖。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進行說明。
具體實施例方式圖I為Profibus-DP和MODBUS集成化從節(jié)點裝置的總體結(jié)構(gòu)圖，該裝置包括基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接口單元101和協(xié)議切換與RS-485接口單元102，其中基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接口單元101，用于處理Profibus-DP和Modbus完整的通信協(xié)議，設(shè)置SPC3的節(jié)點號，完成微處理器與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，為整個裝置提供電源，SPC3協(xié)議芯片完成對Profibus-DP通信協(xié)議的處理；協(xié)議切換與RS-485接口單元102，與協(xié)議處理與通信接口單元101相連接，用于完成裝置在兩個協(xié)議之間進行切換，同時將協(xié)議處理單元101的報文發(fā)送到主站，接收來自主站的報文；所述基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接口單元101包括有
微處理器1011，參見圖2，用于對Profibus-DP總線的通信協(xié)議芯片SPC3 1016進行初始化配置和處理其用戶程序，處理完整的Modbus通信協(xié)議，通過外部數(shù)據(jù)交換接口電路1013完成和外部設(shè)備的通信，接收撥碼開關(guān)電路1012設(shè)置的從站地址號；具體實現(xiàn)上，所述微處理器1011通過外部數(shù)據(jù)交換接口電路1013接收采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后微處理器將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的報文，經(jīng)過光耦隔離和RS485接口驅(qū)動電路1022發(fā)送至工業(yè)總線。此外，還獲取從RS-485接口發(fā)送過來的主站命令；需要說明的是，該裝置作為Profibus-DP從節(jié)點時，微處理器在初始上電后，所有參數(shù)的狀態(tài)都需要有一個初始值，這樣才能在一個初始狀態(tài)下進入正常工作狀態(tài)。在微控制器開始工作時，需將相關(guān)參數(shù)比如節(jié)點地址、通信波特率、定時器初始記參數(shù)、通信數(shù)據(jù)配置參數(shù)等寫入微控制器，因此要將相關(guān)參數(shù)通過賦值語句寫入到SPC3 1016寄存器中，從而完成初始化，然后裝置進入報文處理環(huán)節(jié)。同樣，作為Modbus從節(jié)點時，要將設(shè)置好的初始化參數(shù)寫入微處理器1011的寄存器中，初始化成功之后，微處理器將要發(fā)送至Modbus 主站上的報文進行打包，使其符合Modbus通信協(xié)議規(guī)范，同時將Modbus主站發(fā)送過來的報文進行解析后，發(fā)送至用戶接口 ；外部數(shù)據(jù)交換接口電路1013，參見圖3、4，包括一個雙口 RAM型號是IDT7130、地址鎖存器74HC573和一個14X2的2_標(biāo)準(zhǔn)接插件，雙口 RAM的左側(cè)地址、數(shù)據(jù)和邏輯控制信號連接在接插件上，留給用戶使用，具體連接上，如圖6所示，接插件的I和28引腳分別為裝置提供電源(VCC)和地(GND)，2-9引腳依次和雙口 RAM左端數(shù)據(jù)線I/O [7:0] R相連，和外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，10-19弓I腳依次和雙口 RAM左側(cè)地址總線A[10:0] R相連，由外部設(shè)備提供地址選通信號為雙口 RAM提供地址信號邏輯，接插器件20腳到24腳連接雙口 RAM左端的INTR、BUSYR、OER、R/WR、CER引腳，通過外部設(shè)備向雙口 RAM提供邏輯控制，接插器件26引腳與2 7引腳為串行口數(shù)據(jù)引腳，與微處理器1011的TXD與RXD引腳相連，用以通信接口裝置與PC機進行串行通信交換數(shù)據(jù)進行程序下載。右側(cè)地址總線通過地址鎖存器和微處理器單向連接，右側(cè)數(shù)據(jù)總線和微處理器雙相連接，由微處理器提供右側(cè)的邏輯控制信號；電源電路1014，參見圖5，包括一片電源隔離芯片ADUM5000，該芯片的外部電源引腳VDDl和VDD2連接在接口電路上，和主裝置共同由外部設(shè)備提供電源，該芯片輸出側(cè)引腳VISO可自動生成一個5V電源為RS485驅(qū)動側(cè)供電，這樣即可實現(xiàn)主裝置和RS485驅(qū)動接口的電源互相隔離的效果。同時在該裝置的每片芯片電源引腳上連接一片IOuF的電解電容，電解電容的負極接地，這樣可以過濾掉5V電源中的干擾信號，為每片芯片提供穩(wěn)定的電壓；撥碼開關(guān)電路1012，參見圖6，與微處理器1011雙向連接，用于設(shè)置SPC3接口單元的節(jié)點地址號；SPC3 1016，參見圖7，和微處理器1011雙向連接，內(nèi)部集成了全部Profibus-DP數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議，通過微處理器對SPC3進行配置和數(shù)據(jù)管理，完成和Profibus-DP主站的正常通信；需要說明的是SPC3 1016與Profibus-DP工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)之間的具體通信方式為所述SPC3接收來自Profibus-DP主站的報文，并對報文進行解析之后，發(fā)送至微處理器1011，同時將從微處理器獲取的數(shù)據(jù)進行打包成符合Profibus-DP協(xié)議規(guī)范的報文，發(fā)送至Profibus-DP主站上；指示電路1015，參見圖8，三個發(fā)光二極管和微處理器的三個I/O 口單向連接，用于實時顯示裝置的工作狀態(tài)，微處理器1011通過判斷裝置的不同工作狀態(tài)，使指示燈顯示不同的信號；需要說明的是，3個發(fā)光二極管的陽極和電源5V電壓相連，3個發(fā)光二極管的陰極通過限流電阻和微處理器1011的Pl. 5、Pl. 6和Pl. 7三個I/O 口單向連接，這三個I/O為低電平時，對應(yīng)的發(fā)光二極管即被點亮，微處理器可將初始化結(jié)果、網(wǎng)絡(luò)連接情況等反映到指示電路1015在本發(fā)明中，協(xié)議切換與RS-485接口單元102包括有從站協(xié)議切換電路1021，參見圖9，由三態(tài)門電路和跳線電路組成。跳線電路一端和5V電源連接，另一端經(jīng)過限流電阻和微處理器1011的P4.0 口連接，通過程序判 斷P4. O 口的高低電平狀態(tài)，當(dāng)P4. O 口為高電平時，程序跳入Profibus-DP主程序，執(zhí)行Profibus-DP從節(jié)點功能，當(dāng)P4. O 口為低電平時,程序跳入Modbus主程序,執(zhí)行Modbus從節(jié)點功能。微處理器1011的讀、寫和發(fā)送控制引腳既通過SPC3 1016與光耦隔離和RS-485接口驅(qū)動電路1022連接，也經(jīng)過三態(tài)門電路與光耦隔離和RS-485接口驅(qū)動電路1022連接，當(dāng)裝置作為Prof ibus-DP從節(jié)點時，三態(tài)門電路處于高阻狀態(tài)，微處理器的讀、寫和發(fā)送控制引腳和SPC3 1016雙向連接。當(dāng)裝置作為Modbus從節(jié)點時，三態(tài)門電路導(dǎo)通，微處理器的讀、寫和發(fā)送控制引腳直接與光耦隔離和RS485接口驅(qū)動電路電路1022雙向連接，SPC3不被選中；跳線電路通過單刀雙擲開關(guān)體現(xiàn)出來，當(dāng)跳線切到5V電源時，P4. O 口經(jīng)過限流電阻Rl輸入高電平，模塊切換至Profibus-DP從節(jié)點功能，此時Pl. O 口輸出高電平，三態(tài)緩沖器74HC244處于高阻狀態(tài)，當(dāng)跳線切到地(GND)時，P4. O 口輸入低電平，模塊切換至Modbus從節(jié)點功能，Pl. O 口輸出低電平，三態(tài)緩沖器74HC244處于導(dǎo)通狀態(tài)。光耦隔離和RS-485接口驅(qū)動電路1022，如圖10所示，與協(xié)議芯片SPC31016和協(xié)議切換電路1021雙向連接，微處理器1011 (作為Modbus從節(jié)點時)或SPC3 (作為Profibus-DP從節(jié)點時)的串行接收口、串行發(fā)送口和請求發(fā)送口經(jīng)過光耦隔離芯片HCPL0601和HCPL7721與RS485接口連接在一起，從而達到信號隔離的效果。集成化從節(jié)點模塊通過RS485接口能方便的接入Profibus-DP或Modbus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。具體實現(xiàn)上，本發(fā)明提供的Profibus-DP和Modbus集成化從節(jié)點裝置,在裝置上電后，首先微處理器中的程序判斷裝置被設(shè)定在哪種現(xiàn)場總線的工作模式下。裝置根據(jù)設(shè)置的對應(yīng)從節(jié)點功能，進入不同的執(zhí)行環(huán)節(jié)，具體過程如下當(dāng)裝置切換到Profibus-DP從站功能時，微處理器1011首先要對SPC3進行初始化，依次包括設(shè)定SPC3寄存器變量名稱、設(shè)定看門狗值、設(shè)定SPC3的地址、設(shè)定各個緩沖區(qū)長度、設(shè)定輔助緩沖區(qū)長度和段地址、設(shè)置配置和讀配置緩沖區(qū)長度、取得輸入緩沖區(qū)指針、取得診斷緩沖區(qū)指針、SPC3工作使能和初始化結(jié)束。當(dāng)以上初始化工作完成之后，指示電路1015將初始化結(jié)果顯示出來，然后進行Profibus-DP配置、組態(tài)，再通過Profibus-DP總線配置、組態(tài)之后，節(jié)點就連上了 Profibus-DP總線，SPC3進入報文處理階段，SPC3接收來自Profibus-DP主站的報文，并對報文進行解析之后，發(fā)送至微處理器1011，微處理器再經(jīng)過外部數(shù)據(jù)交換電路和接口電路將數(shù)據(jù)發(fā)送至外部設(shè)備；同時將從微處理器獲取的外部數(shù)據(jù)進行打包成符合Profibus-DP協(xié)議規(guī)范的報文，經(jīng)過RS485接口發(fā)送至Profibus-DP主站，這樣就進入了無限的報文交換狀態(tài)。當(dāng)裝置切換到Modbus從節(jié)點時，程序首先進入初始化階段，主要包括設(shè)定I/O與參數(shù)數(shù)據(jù)大小、看門狗配置、從節(jié)點地址號、輸入輸出開關(guān)量的個數(shù)和輸入輸出模擬量的個數(shù)等。初始化完成之后，從站開始接收主站的請求命令，然后解析命令，把解析過請求命令發(fā)送給外部設(shè)備并等待響應(yīng)信息，從站得到響應(yīng)信息后，對響應(yīng)信息進行打包并發(fā)送至主站，至此已經(jīng)進入了無限數(shù)據(jù)交換狀態(tài)。該裝置是在一片微處理器1011上同時集成了兩種從節(jié)點功能，軟件實現(xiàn)上，通過將兩個從節(jié)點代碼移植到微處理器中，兩個從節(jié)點代碼相互獨立，當(dāng)需要切換從節(jié)點功能即切換在微處理器中運行的代碼時，通過一個引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)微處理器內(nèi)部代碼的切換。用戶接口上為用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的14X2的接插件，方便用戶設(shè)備的快速接入。上述本發(fā)明裝置集成化從節(jié)點裝置，使用上述本發(fā)明提供的從節(jié)點裝置，可以方便的將工業(yè)設(shè)備如變頻器、傳感器和PLC等設(shè)備接入到Profibus-DP或者Modbus主站上， 而不需要針對不同類型的工業(yè)總線選用不同的從節(jié)點設(shè)備。綜上所述,與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供了一種Profibus-DP和Modbus集成化從節(jié)點裝置。通過切換，該裝置既可以作為Profibus-DP從節(jié)點使用，也可以作為Modbus從節(jié)點使用，具有協(xié)議切換靈活，方便外部設(shè)備接入等優(yōu)點。該裝置成本低廉，易于使用，具有重大的實際意義。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.ー種Profibus-DP和Modbus集成化從節(jié)點裝置，其特征在于該裝置由基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接ロ單元和協(xié)議切換與RS-485接ロ單元構(gòu)成； 基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接ロ單元，用于處理Profibus-DP和Modbus完整的通信協(xié)議，包括有 微處理器，用于對Profibus-DP總線的通信協(xié)議芯片SPC3進行初始化配置和處理其用戶程序，處理完整的Modbus通信協(xié)議，通過外部數(shù)據(jù)交換接ロ電路完成和外部設(shè)備的通信，接收撥碼開關(guān)電路設(shè)置的從站地址號； 外部數(shù)據(jù)交換接ロ電路，為整個裝置提供電源，通過與微處理器雙向連接實現(xiàn)微處理器與外部設(shè)備的雙向連接； 電源電路，與外部數(shù)據(jù)交換接ロ電路連接，通過外部設(shè)備為電源電路提供5V電源，電源電路同時與微處理器連接，再通過電源隔離芯片，分別為主裝置和RS485接ロ驅(qū)動側(cè)提供穩(wěn)定5V電源； 撥碼開關(guān)電路，與微處理器雙向連接，用于設(shè)置SPC3的節(jié)點號； SPC3通信協(xié)議芯片，和微處理器雙向連接，內(nèi)部集成了全部Profibus-DP數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議，通過微處理器對SPC3進行配置和數(shù)據(jù)管理，完成和Profibus-DP主站的正常通信； 協(xié)議切換與RS-485接ロ單元，包括有 從站協(xié)議切換電路，與基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接ロ單元中的微處理器雙向連接，完成裝置在兩個協(xié)議之間進行切換； 光耦隔離和RS-485接ロ驅(qū)動電路，內(nèi)部與從站協(xié)議切換電路雙向連接，并與基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接ロ單元中的SPC3通信協(xié)議芯片雙向連接，外部與Profibus-DP和Modbusエ業(yè)現(xiàn)場總線雙向連接，一方面將RS-485接ロ驅(qū)動側(cè)的電源和主裝置的電源_離開，另ー方面能方便的接入Profibus-DP或Modbus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述的基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接ロ單元還包括指示電路；指示電路和微處理器連接，通過指示電路顯示當(dāng)前通信接口裝置的工作狀態(tài)，當(dāng)該裝置工作異常時，指示電路顯示出異常信號，排除異常后，指示信號顯示正常。
3.如權(quán)利要求I或2所述的裝置，其特征在于所述的協(xié)議切換與RS-485接ロ單元中，從站協(xié)議切換電路，由三態(tài)門電路和跳線電路組成；跳線電路一端和5V電源連接，另一端經(jīng)過限流電阻和微處理器的ー個I/O ロ連接，通過程序判斷該I/O ロ的高低電平狀態(tài)，當(dāng)該I/O ロ為高電平時，程序跳入Profibus-DP主程序，執(zhí)行Profibus-DP從節(jié)點功能，當(dāng)該I/O ロ為低電平時，程序跳入Modbus主程序，執(zhí)行Modbus從節(jié)點功能；微處理器的讀、寫和發(fā)送控制弓I腳既通過SPC3與RS-485接ロ連接，同時讀、寫信號線也經(jīng)過三態(tài)門電路與RS-485接ロ連接，當(dāng)裝置作為Profibus-DP從節(jié)點時，三態(tài)門電路處于高阻狀態(tài)，微處理器的讀和寫引腳與SPC3雙向連接，當(dāng)裝置作為Modbus從節(jié)點時，三態(tài)門電路導(dǎo)通，微處理器的讀和寫引腳直接和RS-485接ロ電路雙向?qū)?，SPC3不被選中。
4.如權(quán)利要求I或2所述的裝置，其特征在于所述的撥碼開關(guān)電路包括八位撥碼開關(guān)和三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245，其中74LS245 —側(cè)總線和撥碼開關(guān)連接，另ー側(cè)總線和微處理器的PO ロ連接，通過撥碼開關(guān)對Profibus-DP協(xié)議從站地址號進行設(shè)定。
5.如權(quán)利要求I或2所述的裝置，其特征在于所述的外部數(shù)據(jù)交換接ロ電路包括地址鎖存器74HC573、雙ロ RAM即IDT7130和ー個14X2的2mm標(biāo)準(zhǔn)接插件；一個雙ロ RAM芯片具有兩套獨立的地址、數(shù)據(jù)和控制線，允許兩個CPU同時對該存儲器芯片進行隨機性訪問，作為微處理器與外部設(shè)備的共享數(shù)據(jù)存儲器，用于交換微處理器與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)，兩套獨立的邏輯控制線確保兩個單片機對其同一單元讀寫操作的正確性，解決端ロ爭用問題；雙ロ RAM的右側(cè)地址總線與控制總線和微處理器單向連接，由微處理器提供地址和邏輯控制信號，雙ロ RAM的右側(cè)數(shù)據(jù)總線和微處理器雙向連接，雙ロ RAM左側(cè)數(shù)據(jù)、地址和控制總線連接在接ロ電路上，由外部設(shè)備提供地址、數(shù)據(jù)和邏輯控制信號；通過ー組14X2的間距2. Omm的標(biāo)準(zhǔn)接插器件，使其與雙ロ RAM左側(cè)數(shù)據(jù)、地址和邏輯控制總線雙向連接，方便外部設(shè)備的接入。
6.如權(quán)利要求I或2所述的裝置，其特征在于所述的電源電路包括一片電源隔離芯片ADUM5000，該芯片的外部電源引腳VDDl連接在接ロ電路上，由外部設(shè)備提供總電源，該芯片輸出側(cè)引腳VISO可輸出ー個新的5V電源，為RS-485接ロ驅(qū)動電路側(cè)供電，通過電源隔離芯片ADUM5000實現(xiàn)把主裝置側(cè)的電源和RS-485接ロ驅(qū)動電路側(cè)的電源隔離開。
7.如權(quán)利要求I或2所述的裝置，其特征在于所述光耦隔離和RS-485接ロ驅(qū)動電路由光耦隔離電路和RS-485接ロ驅(qū)動電路構(gòu)成，其中 光耦隔離電路，將該裝置的主體電路和RS-485接ロ驅(qū)動電路通過光耦隔離芯片隔離開，以消除從站設(shè)備對總線信號的干擾，提高信號質(zhì)量； RS-485接ロ驅(qū)動電路，使集成化從節(jié)點模塊通過RS-485接ロ能方便的接入Profibus-DP或Modbus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。
全文摘要
一種Profibus-DP和Modbus集成化從節(jié)點裝置，包括基于微處理器STC90C51RD+的協(xié)議處理與通信接口單元，用于處理Profibus-DP和Modbus完整的通信協(xié)議，設(shè)置SPC3的節(jié)點號，完成微處理器與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，為整個裝置提供電源，SPC3協(xié)議芯片完成對Profibus-DP通信協(xié)議的處理；協(xié)議切換與RS-485接口單元，從站協(xié)議切換電路完成裝置在兩個協(xié)議之間進行切換，光耦隔離電路將RS485接口驅(qū)動側(cè)的電源和主裝置的電源隔離開。本發(fā)明的從節(jié)點通信裝置具有很好的通用性，當(dāng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制選用的是Profibus-DP或Modbus現(xiàn)場總線中的任意一種時，都可以通過該裝置將現(xiàn)場設(shè)備如變頻器、傳感器和PLC等方便的接入到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。
文檔編號H04L12/40GK102710478SQ20121015965
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者倪建云, 賈超, 陳在平 申請人:天津理工大學(xué)