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[STM32F1]

PROFIBUS现场总线的VPC3+C

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楼主: goodluck09876
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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:16 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览
    目前Profibus-DP从站实现方案通常有:单片机和软件代码实现DP协议,
Profibus通信ASIC专用芯片、网络控制器ASIC芯片,以及DP接口模块等。目前,
DP协议专用芯片主要是西门子公司生产的SPC3芯片和德国Profichip公司生产的
VPC3+C芯片;网络控制器ASIC芯片方案主要是HMS工业网络有限公司生产的
NP40芯片、德国赫优讯自动化系统有限公司生产的netX52和netX 100芯片;DP
接口模块主要是北京鼎实创新科技有限公司和上海泅博科技有限公司生产的DP转
串口模块。上述的几种DP从站实现方案优缺点如下:
    (1)利用单片机实现+软件代码Profibus-DP从站
    利用单片机芯片上的DART异步串口,外部连接RS485驱动芯片实现Profibus
物理层通信的异步串行通信接口。Profibus-DP的第二层协议利用代码反映。此方式
硬件结构简单,价格便宜,灵活性强,但通讯速率不高,只能完成低速通信。此外,
需要开发人员透彻了解Profibus技术细节,设计和开发时间慢,所以该方式应用不
多。

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:16 | 只看该作者
(2)利用单片机+Profibus通信ASIC芯片实现Profibus-DP从站
Profibus-DP协议由Profibus通信芯片ASIC完成,单片机只是用来完成用户
的应用程序。该方式简单便捷,开发者只要了解Profibus协议相关内容即可。所以,
该方式是开发周期较短。它是国内开发DP从站使用最多的一种方案。
    (3)利用网络控制器芯片实现Profibus-DP从站
    网络控制器芯片内部集成ARM核CPU,因此它可以作为一个单片系统,所有
的应用协议都在系统上实现。芯片上带有双端口内存DPM接口,可以外接单片机,
实现双核系统。Profibus通讯协议栈由厂家提供,需要一次性支付协议栈的费用。
然后开发时集成到自己的代码中,实现Profibus-DP通信。这种方案需要开发人员
精通ARM开发和对Profibus通信协议了解,才能完成开发。
    (4)选择DP接口模块完成Profibus-DP从站
    选择其它产品和接口模块应用到Profibus-DP网络中完成通讯,该方式有主站
和从站接口模块两种。由于选择从站接口模块替代DP从站,虽缩短设计和开发周
期,但各个协议之间无法真正实现无缝连接,对于错综复杂的从站不太适合。

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:17 | 只看该作者
    Profibus在某些行业己经成为自动化系统和仪表的行业标准。由于Profibus控
制系统常常是工厂的中心控制系统,因此其它产品只有具备了Profibus接口并符合
Profibus的协议规范,才能最有效地实现与其他设备的彼此互连互通。近年来,许
多传统设备制造商纷纷制定了Profibus产品的开发计划,以提高产品的可靠性和数
字化通信能力。
    本章将对Profibus产品开发的硬件部分做重点介绍。多通道的温度变送器的设
计需要结合Profibus-DP现场总线技术,同时选择高稳定性、高经济性的软硬件平
台,以设计出能够适应工业过程控制自动化的高精度、智能型温度变送器。

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:17 | 只看该作者
温度变送器硬件设计

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:18 | 只看该作者
3. 1温度变送器硬件设计总体思路
    Profibus温度变送器设计的依据是Profibus协议和行规,只有符合Profibus标
准并经过Profibus认证的产品才是真正意义上Profibus产品。
3.1.1温度变送器设计方案的选择
    Profibus产品的开发会受到多种因素的制约,如产品的开发周期、开发费用、
技术难度等。开发人员必须综合考虑各种因素,在此基础上选择符合自身情况的开
发方法。
    下面列出了3种比较常用的设备开发方案:
    方案一:采用实时操作系统(例如VxWorks,  OSM,  }CLinux)及其开发包作
为自己的核心软件开发平台,硬件可选用高性能Intel系列处理器或RISC处理器
(ARM7, ARM9,根据Profibus标准定制符合自身需求的最小系统。用户只要参
考相关的Profibus协议和相关的软/硬件开发手册,就能够实现。这种方案的特点是
比较灵活,成本较低,用户拥有核心技术,扩展性较好,但要求用户的开发能力较
局。
    方案二:采用Siemens或Profichip公司提供的Profibus开发软件包和通信专用
ASIC模块,例如:LSPM2, SPC3, ASPC2, VPC3+C等。这种方案的特点是采用
现成的通信芯片,芯片包括协议的全部功能,可以简化通信部分的开发流程,但需
要Siemens或Profichip公司的软件包和通信芯片支持。目前大部分控制系统制造商
采用了集成通信芯片的方案。
    方案三:直接采用嵌入式接口模板。这种方案的特点是简单易行,用户只要按
照接插件和管脚定义修改电路板,将随接口模板提供的例子源程序修改后加到自己
的产品软件中,就可实现设备的Profibus网络通信功能。但可扩展性差,后续开发
难度大。目前部分仪器或设备制造商喜欢采用这种方案。
    本文选用单片机+Profibus通信ASIC芯片VPC3+C方案实现DP从站功能。单
片机采用S TM32F 103 VCT6单片机系统,温度检测器使用Maxim美信公司的
MAX31865和MAX31855芯片,DP通信芯片采用Profichip公司的VPC3+C专用芯
片,DP接口数据收发采用是ADI公司的隔离型半双工RS-485收发器ADM2486

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:18 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:18 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:19 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:19 | 只看该作者
RTD是工业应用中温度测量常用的传感器。RTD由纯金属(如铂、镍或铜)制成,
其电阻随温度的变化是可预测的。最常用的RTD铂Pt100和Pt1000,可用来测量一200 0C
至+8500C之间的温度。与其它类型的温度传感器相比,RTD具有高精度和良好的稳
定性。

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:19 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:20 | 只看该作者
    (    3) MAX31865的故障检钡(和输入保护
    MAX31865检钡(外部RTD和2线、3线或4线电缆可能发生的各种故障。部分
故障在每次转换时进行检测,其它故障则仅在主控制器请求故障检测时进行。故障
检测期间,MAX31865能够利用内部模拟开关从信号地(GND)断开FORCE一输入的
连接。

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:21 | 只看该作者
铂电阻温度检测模块采用模块化设计,如图3.4所示。为测量RTD温度传感器
的阻值,接入参考电阻R1,该电阻与RTD串联,偏置电压作用在R1上端参考电
阻的电流,同样也流过RTD。参考电阻R1两端的电压为ADC基准电压。RTD电
压连接至ADC差分输入(RTDIN+和RTDIN-)。所以ADC产生的数字输出等于RTD
电阻与参考电阻的比值。对于铂电阻RTD,选择阻值等于RTD在0 0C阻值的4倍
的参考电阻最为合适。因此,针对PT100选用40052参考电阻;针对PT1000则选
用4kS2参考电阻。因此,铂电阻RTD选用Pt100时,R1=40052,  C1=O.luF。铂电
阻RTD选用Pt1000时,R1=4kS2, C1=O.OluF o J2跳线设计用于铂电阻2线、3线、
4线传感器选择使用。

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:21 | 只看该作者
    MAX31865与CPU之间通过4线的SPI总线连接,连接的各端口功能为:
    SPI1 CS 1:片选信号,由CPU置位低电平选中该芯片;
    SPI1 SCLK:串行时钟输入,该端口与CPU时钟信号相连;
    SPI1 MOSI:串行数据,SPI主机输出从机输入,CPU通过该口向芯片写数据;
    SPI1 MISO:串行数据,SPI主机输入从机输出,CPU通过该口向芯片读数据;
    SPI1一eadyl:低电平有效的推挽式数据就绪输出。当一个新的转换结果存放
到数据寄存器可以去取时SPI1一eadyl变低电平。当对RTD阻值寄存器进行读一
次,SPI1一eadyl就变回到高电平。
    SPI1 CS 1片选信号经4.7k电阻上拉,可以确保8个温度检测模块由
S TM32F 103 VCT6单片机片选其中一个模块时,其它模块片选信号处于上位高电平
状态。

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:21 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:22 | 只看该作者
    本系统热电偶温度检测模块采用模块化设计,如图3.5所示。图中,MAX3185 5
芯片的T+和T-信号引脚是外接热电偶传感器,因为有小信号处理,所以检测易被
电源祸合噪声影响。利用C3=0.1 }F电容将VDD和DVDD电源去祸。尽量采用高
质量表贴陶瓷电容。表贴元件将引线电阻降至最小,从而改善性能,并且陶瓷电容
为去祸应用提供了足够的高频响应。

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:22 | 只看该作者
    MAX3185 5与CPU之间通过3线的SPI总线连接,连接的各端口功能为:
    SPI1 CS2:片选信号,由CPU置低电平时,选中该芯片;
    SPI1 SCLK:串行时钟输入,该端口与CPU时钟信号相连;
    SPI1 MISO:串行数据,SPI主机输入从机输出,CPU通过该口向芯片读数据;
    SPI1 CS2片选信号经4.7k电阻上拉,可以确保8个温度检测模块由
S TM32F 103 VCT6单片机片选其中一个模块时,其它模块片选信号处于上位高电平
状态。该模块与主MCU之间使用SPI串行总线把测温数据送到MCU o

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:22 | 只看该作者
    目前工业中对温度的测量较为常见的有铂电阻和热电偶两种温度传感器。热电
偶结构简单且比热容小便于检测和控制,而铂电阻的测量范围较宽且稳定性较热电
偶更好。另外铂电阻的耐氧化性和重复性也较热电偶更令人满意。但是铂电阻在高
温下会出现温度与阻值之间的关系非线性特征。这对长温度带宽的高精度温度测量
和控制有比较大的影响。而热电偶作为检测温度的传感器,其温度和热电势亦存在
非线性的特性。为了提高铂电阻和热电偶的测量精度以及适应目前越来越多的虚拟
温控装置,国内外的学者们针对这两种温度传感器的自身特性,对其非线性特性的
修正提出了一些解决方案,以提高温度检测仪器的精确性和适应性。

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:23 | 只看该作者
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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:24 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2019-5-15 17:24 | 只看该作者

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