第9章DeviceNet

現場總線9.1DeviceNet概述

DeviceNet是由美國Rockwell公司在CAN基礎上推出的一種低成本的通信鏈接。它將基本工業(yè)設備（如限位開關、光電傳感器、閥組、電動機啟動器、過程傳感器、條形碼讀取器、變頻驅動器、物料流量計、電子秤、顯示器和操作員接口等）連接到網絡，從而避免了昂貴和繁瑣的硬接線。DeviceNet是一種簡單的網絡解決方案，在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時，減少了配線和安裝工業(yè)自動化設備的成本和時間。DeviceNet是一個開放式網絡標準，其規(guī)范和協(xié)議都是開放的，用戶將設備連接到系統(tǒng)時，無需購買硬件、軟件或許可權。任何個人或制造商都能以少量的復制成本從開放式DeviceNet供貨商協(xié)會（ODVA）獲得DeviceNet規(guī)范。DeviceNet作為一個低端網絡系統(tǒng)，實現傳感器和執(zhí)行器等工業(yè)設備與控制器高端設備之間的連接，如圖9-1所示。圖9－1DeviceNet通信連接DeviceNet可以提供：低端網絡設備的低成本解決方案；低端設備的智能化；主/從以及對等通信的能力。DeviceNet有兩個主要用途：傳送與低端設備關聯的面向控制的信息；傳送與被控系統(tǒng)間接關聯的其他信息（例如配置參數）。1．DeviceNet的物理/介質特性DeviceNet具有如下物理/介質特性：（1）主干線——分支線結構；（2）最多可支持64個節(jié)點；（3）無需中斷網絡即可解除節(jié)點；（4）同時支持網絡供電（傳感器）及自供電（執(zhí)行器）設備；（5）使用密封或開放形式的連接器；（6）接線錯誤保護；（7）可選的數據傳輸波特率為125kbps、250kbps及500kbps；（8）可調整的電源結構，以滿足各類應用的需要；9.1.1DeviceNet的特性

（9）大電流容量（每個電源最大容量可以達到16A）；（10）可帶電操作；（11）電源插頭可以連接符合DeviceNet標準的不同制造商的供電裝置；（12）內置式過載保護；（13）總線供電：主干線中包括電源線及信號線。2．DeviceNet的通信特性DeviceNet具有如下通信特性：（1）媒體訪問控制及物理信號使用控制器局域網（CAN）（2）有利于應用之間通信的面向連接的模式；（3）面向網絡通信的典型的請求/響應；（4）I/O數據的高效傳輸；（5）大信息量的分段移動；（6）MACID的多重檢測。DeviceNet使用抽象的對象模型：使用通信服務系列；DeviceNet節(jié)點的外部可視行為；DeviceNet產品中訪問及交換信息的通用方式。在描述DeviceNet的服務及協(xié)議過程中，使用下列對象模型的相關術語：對象（Object）——產品中的一個特定成分的抽象表示；分類（Class）——表現相同系統(tǒng)成分的對象的集合。某分類內的所有對象在形式及行為上是相同的，但可能具有不同的屬性值；實例（Instance）——對象的一個特定物理存在。例如：加利福尼亞州是分類對象中的一個實例；9.1.2對象模型

屬性（Attribute）——對象的外部可見的特征或特性的描述。簡言之，屬性提供了一個對象的狀態(tài)信息及對象的工作管理。例如：對象的ASCII名；循環(huán)對象的重復速率；例示（Instantiate）——建立一個對象的實例，除非對象定義中已規(guī)定使用缺省值，該對象所有實例屬性都初始化到零；行為（Behavior）——對象如何運行的描述。由對象檢測不同的事件而產生的動作，例如收到服務請求、檢測內部故障或定時器到時等；服務（Service）——對象和/或對象分類提供的功能。DeviceNet定義了一套公共服務，并提供對象分類或制造商特定的服務的定義；通信對象（CommunicationObject）——通過DeviceNet管理和提供實時報文交換的多對象種類；應用對象（ApplicationObject）——實現產品指定特性的多對象種類。1．對象編址（1）介質訪問控制標識符（MACID）分配給DeviceNet上每個節(jié)點的一個整數標識值，該值可將該節(jié)點與同一鏈接上的其他節(jié)點區(qū)別開來，如圖9-2所示。（2）分類標識符（ClassID）分配給網絡上可訪問的每個對象類的整數標識值。（3）實例標識符（InstanceID）分配給每個對象實例的整數標識值，用于在相同分類中識別所有實例，該整數在其所在MACID分類中是惟一的。

圖9－2介質訪問控制標識符（4）屬性標識符（AttributeID）賦予分類及/或實例屬性的整數標識值。（5）服務代碼（ServiceCode）特定的對象實例和/或對象分類功能的整數標識值。2．尋址范圍DeviceNet定義的對象尋址報文的范圍。定義此范圍的常用術語如下。開放部分（Open）：該取值范圍由ODVA定義，并對所有DeviceNet使用者通用。制造商專用（VendorSpecific）：該取值范圍由設備制造商特定。制造商可擴展其設備在開放部分定義有效范圍之外的功能，制造商內部管理該范圍內值的使用。對象類專用（ObjectClassSpecific）：該取值范圍按ClassID定義，該范圍用于服務代碼定義。連接對象（ConnectionObject）提供了特定的應用程序之間的通信特性，端點（End-Point）指連接中有關的一個通信實體。DeviceNet基于連接的方案定義了動態(tài)方法，用該方法可以建立以下的兩種類型的連接：I/O連接（I/OConnections）：在一個生產應用及一個或多個消費應用之間提供了專用的、具有特殊用途的通信路徑；顯式報文連接（ExplicitMessagingConnections）：在兩個設備之間提供了一個通用的、多用途的通信路徑，通常指報文傳輸連接，顯式報文提供典型的面向請求/響應的網絡通信。9.1.3DeviceNet網絡及對象模型

1．I/O連接I/O連接在生產應用及一個或多個消費應用之間提供了特定用途的通信路徑。應用特定I/O數據通過I/O連接傳輸，如圖9-3所示。I/O報文通過I/O連接進行交換。I/O報文包含一個連接ID及相關的I/O數據，I/O報文內數據的含義隱含在相關的連接ID中。圖9－3DeviceNetI/O連接2．顯式報文連接顯式報文連接在兩個設備之間提供了一般的、多用途的通信路徑。顯式報文是通過顯式報文連接進行交換的，顯式報文被用作特定任務的執(zhí)行命令并上報任務執(zhí)行的結果。顯式報文的含義及用途在CAN數據塊中確定。顯式報文連接如圖9-4所示。圖9－4DeviceNet顯示報文連接3．對象模型DeviceNet產品的抽象對象模型包含以下組件：（1）非連接報文管理（UCMM）：處理DeviceNet的非連接顯式報文。（2）連接分類（ConnectionClass）：分派并管理與I/O及顯式報文連接相關的內部資源。（3）連接對象（ConnectionObject）：管理與特定的應用-應用網絡關聯有關的通信部分。（4）DeviceNet對象（DeviceNetObject）：提供物理DeviceNet網絡連接的配置及狀態(tài)。（5）鏈接生產者對象（LinkProducerObject）：連接對象傳輸數據至DeviceNet。（6）鏈接消費者對象（LinkConsumerObject）：連接對象從DeviceNet上獲取數據。（7）報文路由器（MessageRouter）：將顯式請求報文分配到適當的處理器對象。（8）應用對象（ApplicationObject）：執(zhí)行產品的預定任務。9.2DeviceNet連接

DeviceNet是一個基于連接的網絡系統(tǒng)，它基于CAN總線技術。DeviceNet總線只要求支持CAN2.0A協(xié)議，可靈活選用各種CAN通信控制器，一個DeviceNet的連接提供了多個應用之間的路徑。當建立連接時，與連接相關的傳送被分配一個連接ID（CID），如果連接包含雙向交換，那么應該分配兩個連接ID值。在DeviceNet上有效的11位CAN標識位被分成4個單獨的報文組：組1、組2、組3和組4?？紤]到基于連接的報文，連接ID被置于CAN標識符內。DeviceNet連接ID的組成如圖9-5所示。9.2.1DeviceNet關于CAN標識符的使用

圖9－5DeviceNet關于CAN標識符的使用DeviceNet上的CAN標識符包含如下內容：（1）報文ID（MessageID）：在特定端點內的報文組中識別一個報文。用報文ID在特定端點內單個報文組中可以建立多重連接，該端點利用報文ID與MACID的結合，生成一個連接ID，該連接ID在與相應傳輸有關的CAN標識符內指定。組2和組3則預定義了確定報文ID的使用。（2）源MACID（SourceMACID）：此MACID分配給發(fā)送節(jié)點。組1和組3需要在CAN標識符內指定源MACID。（3）目的MACID（DestinationMACID）：此MACID分配給接收設備。報文組2允許在CAN標識符的MACID部分指定源或目的MACID。1．顯式報文連接和UCMM非連接報文管理（UCMM）負責處理非連接顯式請求和響應。UCMM需要一個設備將非連接顯式請求報文CAN標識符從所有可能的源MACID中篩選出來。UCMM報文流圖如圖9-6所示。9.2.2建立連接

圖9－6UCMM報文流圖2．I/O連接動態(tài)I/O連接是通過先前建立的顯式報文連接的連接分類接口而建立的。以下為動態(tài)建立I/O連接所必須完成的任務：與將建立I/O連接的一個端點建立顯式報文連接；通過向DeviceNet連接分類發(fā)送一個創(chuàng)建請求來創(chuàng)建一個I/O連接對象；配置連接實例；應用I/O連接對象執(zhí)行的配置，這樣做將實例化服務于I/O連接所必需的組件中；在另一個端點重復這一步驟。3．離線連接組組4離線連接組報文可由客戶機用來恢復處于通信故障狀態(tài)的節(jié)點。使用離線連接組報文，客戶機能夠做到：通過LED閃爍可視覺表明正與之通信的故障節(jié)點；如可能，則向故障節(jié)點發(fā)送故障恢復報文；在不從子網上拆除故障節(jié)點的情況下，恢復故障節(jié)點。4．離線所有權為了獲得離線連接組的控制權，客戶機應產生一個離線所有權請求報文。5．通信故障報文通信故障狀態(tài)下所有支持故障恢復機制的節(jié)點將收到以組4報文ID=2D形式產生的通信故障請求報文。此時，通信故障節(jié)點將以組4報文ID=2C形式產生一個通信故障響應報文。9.3DeviceNet報文協(xié)議

顯文報文利用CAN幀的數據區(qū)來傳遞DeviceNet定義的報文，顯式報文CAN數據區(qū)的使用如圖9-7所示。

含有完整顯式報文的傳送數據區(qū)包括：報文頭；完整的報文體。9.3.1顯式報文圖9－7顯示報文CAN數據區(qū)的使用如果顯式報文的長度大于8字節(jié)，則必須在DeviceNet上以分段方式傳輸，連接對象提供分段/重組功能。一個顯式報文的分段包括：

報文頭；

分段協(xié)議；

分段報文體。1．報文頭顯式報文的CAN數據區(qū)的0號字節(jié)指定報文頭，格式如圖9-8所示。

圖9－8報文頭格式Frag（分段位）：指示此傳輸是否為顯式報文的一個分段XID（事務處理ID）：該區(qū)應用程序用以匹配響應和相關請求，該區(qū)由服務器用響應報文簡單回復；MACID：包含源MACID或目標MACID，根據表9-1來確定該區(qū)域中指定何種MACID（源或目標）。2．報文體報文體包含服務區(qū)和服務特定變量。報文體指定的第一個變量是服務區(qū)，用于識別正在傳送的特定請求或響應。服務區(qū)的格式如圖9-9所示。圖9－9報文體服務區(qū)的格式服務區(qū)內容：（1）服務代碼：服務區(qū)字節(jié)低7位值，表示傳送服務的類型;（2）R/R：服務區(qū)的最高位，該值決定了這個報文是請求報文還是響應報文。報文體中緊接服務區(qū)之后的是正在傳送的服務特殊類型的詳細報文。3．分段協(xié)議如果傳輸的是顯式報文的一個分段，那么該數據區(qū)包含報文頭、分段協(xié)議以及報文體分段。分段協(xié)議用于大段顯式報文的分段轉發(fā)及重組。4．UCMM服務非連接報文管理器（UCMM）提供動態(tài)建立顯式報文連接。UCMM處理兩種服務即管理顯式報文連接的分配及解除：

打開顯式報文連接，建立一個顯式報文連接；

關閉連接服務代碼，刪除一個連接對象并解除所有相關資源。除了能夠被用于發(fā)送一個長度大于8字節(jié)的I/O報文的分段協(xié)議，DeviceNet不在I/O報文的數據區(qū)內定義任何有關報文的協(xié)議。9.3.2輸入輸出報文

圖9－10I/O報文的數據區(qū)長度大于8字節(jié)（CAN幀的最大尺寸）的報文可進行分段及重組。分段/重組功能由DeviceNet連接對象提供，支持分段方式發(fā)送及接收是可選的。對于顯式報文連接和I/O連接而言，觸發(fā)分段發(fā)送的邏輯是不同的。（1）顯式報文連接檢查要發(fā)送的每個報文的長度，如果報文長度大于8字節(jié)，那么就使用分段協(xié)議。（2）I/O連接檢查連接對象的produced_connection_size的屬性，如果produced_connection_size的屬性大于8字節(jié)，那么使用分段協(xié)議。9.3.3分段/重組

1．分段協(xié)議分段協(xié)議位于CAN數據區(qū)的一個單字節(jié)中，格式如圖9-11所示。2．分段協(xié)議內容分段類型：表明是首段、中間段還是最后段的發(fā)送。分段計數器：標志每一個單獨的分段，這樣接收器就能夠確定是否有分段被遺失。如果分段類型是第一個分段，每經過一個相鄰連續(xù)分段，分段計數器加1；當計數器值達到64時，又從0值開始。分段協(xié)議在I/O報文內的位置與在顯式報文內的位置是不同的。I/O報文分段格式如圖9-12所示。圖9－11分段協(xié)議格式圖9－12I/O報文分段格式顯式報文分段轉發(fā)格式如圖9-13所示。圖9－13顯示報文分段格式定義一個DeviceNet傳輸時都涉及MACID，因此要求所有DeviceNet模塊都參與重復MACID檢測算法。組2中定義了一個特定的報文ID值用以規(guī)定重復MACID檢查報文，其格式如圖9-14所示。9.3.4重復MACID檢測協(xié)議

圖9－14重復MACID檢查報文格式與重復MACID檢查報文相關的數據區(qū)格式如圖9-15所示。圖9-15與重復MACID檢查報文相關的數據區(qū)格式1．設備監(jiān)測脈沖報文設備監(jiān)測脈沖報文為可選項。設備脈沖報文DeviceNet對象庫的識別對象觸發(fā)，該功能對總線故障的智能監(jiān)測是相當重要的。該報文廣播設備的當前狀態(tài)。該報文由具有UCMM功能的設備作為一個非連接響應報文發(fā)送（報文組3，報文ID=5）和由僅限于組2的服務器作為非連接的響應報文發(fā)送（報文組2，報文ID=3）。2．設備關閉報文當設備轉換到離線狀態(tài)時，它將產生一個設備關閉報文，此報文亦為可選項。該報文廣播設備呈離線狀態(tài)或非存在狀態(tài)，該報文由具有UCMM功能的設備作為一個非連接的響應報文發(fā)送（報文組3，報文ID=5）；而作為非連接的響應報文（報文組2，報文ID=3）由僅限于組2的服務器發(fā)送。9.3.5設備監(jiān)測脈沖報文及設備關閉報文

9.4DeviceNet通信對象分類DeviceNet通信對象用于管理和提供運行時的報文交換，對象的定義部分包括對屬性指定數據類型。通信對象分類如下：

對象分類屬性；

對象分類服務；

對象實例屬性；

對象實例服務；

對象實例行為。1．鏈路生產者對象分類定義鏈路生產者對象是實施低端數據傳送的組件；無鏈路生產者類屬性。2．鏈路生產者對象類服務以下為鏈路生產者類所支持的服務：（1）創(chuàng)建（Create）：用以建立一個鏈路生產者對象；（2）刪除（Delete）：用以刪除一個鏈路生產者對象。3．鏈路生產者對象實例屬性（1）USINTState：鏈路生產者實例的當前狀態(tài)。（2）UINTConnection_id：當該鏈路生產者被觸發(fā)時，發(fā)送CAN標識符區(qū)的值。連接對象內部使用鏈路生產者，用其produced_connection_id屬性的值來初始化此屬性。4．鏈路生產者對象實例服務鏈路生產者對象實例所支持的服務如下所示：（1）Send：鏈路生產者在DeviceNet上發(fā)送數據；（2）Get_Attribute：用于讀取鏈路生產者對象屬性；（3）Set_Attribute：用于修改鏈路生產者對象屬性。5．鏈路消費者對象類定義鏈路消費者對象是接收低端數據組件，無鏈路消費者類屬性。6．鏈路消費者分類服務鏈路消費者分類所支持服務如下：（1）創(chuàng)建：建立一個鏈路消費者對象；（2）刪除：刪除一個鏈路消費者對象。7．鏈路消費者實例屬性（1）USINTState：鏈路消費者實例的當前狀態(tài)。（2）UINTConnection_id：該屬性保存的是CAN標識區(qū)的值，此值規(guī)定將為消費者所接收的報文。連接對象內部利用該鏈路消費者，用其consumed_connection_id屬性值對此屬性進行初始化。8．鏈路消費者實例服務鏈路消費者對象實例所支持的服務如下：（1）Get_Attribute：讀取鏈路消費者對象屬性；（2）Set_Attribute：修改鏈路消費者對象屬性。9．連接對象分類定義（ClassIDCode）:5連接分類將分配和管理與I/O及顯式報文連接有關的內部資源。10．DeviceNet對象分類定義（ClassIDCode）:3DeviceNet對象提供了DeviceNet的物理連接的配置及狀態(tài)，一個產品必須通過物理網絡連接支持一個（只有一個）DeviceNet對象。9.5網絡訪問狀態(tài)機制

DeviceNet產品必須執(zhí)行的網絡訪問狀態(tài)機制為：

在DeviceNet上必須優(yōu)先于通信所執(zhí)行的任務；

影響產品在DeviceNet上通信能力的網絡事件。網絡訪問狀態(tài)機制的狀態(tài)事件矩陣如表9-7所示，執(zhí)行過程將基于表9-7所列出的報文。9.5.1網絡訪問事件矩陣9.5.2重復MACID檢測

在網絡訪問狀態(tài)機制內的這一主要步驟是執(zhí)行重復MACID檢測算法。DeviceNet的每一個物理連接件必須被賦予一個惟一的MACID，這個MACID的配置將包含人工干預，因此在同一鏈路上的兩個模塊被賦予相同的MACID的情況是不可避免的，因為MACID與DeviceNet傳輸方法的定義有關，所有的DeviceNet模塊都必須運用該重復MACID檢測算法。報文組2內定義一個特定的報文用來執(zhí)行重復MACID檢測。一個主站和多個從站的連接如圖9-16所示。在預定義主/從連接組定義內已省略了創(chuàng)建和配置應用與應用之間連接的許多步驟，這樣做是為了用較少的網絡和設備資源來創(chuàng)建一個通信環(huán)境。預定義主/從連接組使用下列常用術語：（1）組2服務器：指具有UCMM功能并被指定在預定義主/從標識符連接中充當服務器的設備，見DeviceNet從站。9.5.3預定義主/從連接組

圖9－16DeviceNet主/從應用示例（2）組2客戶機：指在服務器中獲得預定義主/從連接組的所有權并且在這些連接中充當客戶機的設備，見DeviceNet主站。（3）具有UCMM功能的設備：指支持非連接報文管理（UCMM）的設備。（4）無UCMM功能的設備：一般較低級的設備，由于網絡中斷管理和第一代CAN芯片的屏蔽能力，不支持UCMM（5）僅限于組2的服務器：指無UCMM功能，必須通過預定義主/從連接組建立通信的從站（服務器）（至少必須支持預定義主/從顯式報文連接）。僅限組2的設備只能發(fā)送和接收預定義主/從連接組所定義的標識符。（6）僅限于組2的客戶機：指僅作為組2的客戶機對組2服務器操作的設備，僅限組2的客戶機為僅限組2的服務器提供UCMM功能。（7）DeviceNet主站：作為主/從應用的一個類型，DeviceNet主站是為處理控制器收集和分配I/O數據的設備，主站以它的掃描序列為基礎掃描它的從站，在網絡中，主站是指組2客戶機或僅限于組2客戶機。（8）DeviceNet從站：作為主/從應用的一個類型，從站在主站掃描到時返回I/O數據。在網絡中，從站是組2服務器或僅限組2服務器。（9）預定義主/從連接組：一種能方便通信，特別是在主/從關系常見的連接中。在預定義主/從連接組定義中省略了創(chuàng)建和配置應用與應用之間連接的許多步驟，這樣作是為了用比較少的網絡和設備資源來創(chuàng)建一個通信環(huán)境。圖9－17預定義主/從連接組標識區(qū)9.6指示器和配置開關

指示器可協(xié)助維護人員快速的辨認出故障單元。DeviceNet產品指示器必須滿足以下要求：無須拆卸設備的外殼和部件，即可看到指示器；正常光線下，指示器讀數清晰；不論指示器是否點亮，標簽和圖標都應清晰可見。DeviceNet不要求產品一定具備指示器。但是，如果產品具有此處所述的指示器，那么指示器必須符合本文所述規(guī)定。雙色（綠/紅）的LED顯示設備狀態(tài)，它表明設備是否上電和運轉是否正常。LDE的閃爍頻率一般為1Hz，LED點亮和關閉各持續(xù)約0.5s另外，還有網絡狀態(tài)LED、組合模塊/網絡狀態(tài)LED、I/O狀態(tài)LED。9.6.1指示器1．DeviceNetMACID開關使用DIP（雙列直插式封裝）開關設置MACID，該開關為二進制格式。使用旋轉式、撥盤式、壓輪式開關，則開關為十進制格式。用戶在配置開關時，最高位始終在產品的最左端或最上端。2．DeviceNet波特率開關如果使用開關設置DeviceNet的波特率。9.6.2配置開關

DeviceNet用戶在面對來自不同廠家的產品時會覺得很方便，這是因為DeviceNet產品的指示器、開關、連接器有統(tǒng)一的標簽。DeviceNet指示器和配置開關標簽如表9-10所示。9.6.3指示器和配置開關的物理標準

表9-10DeviceNet指示器和配置開關標簽5針開放式DeviceNet插頭旁的圖標如圖9-12所示。為了清楚起見，各連接線的信號也標于圖中，但這不是圖標的組成部分，除了屏蔽線外，圖標中其他每個連接旁都用一個色片來表示連接線的絕緣護套層顏色，除了白色，其他所有色彩都符合Pantone匹配系統(tǒng)（因為Pantone尚未定義白色）。9.6.4DeviceNet連接器圖標

圖9－185針開放式連接器圖標9.7DeviceNet的物理層和傳輸介質

DeviceNet物理層在OSI模型中的位置如圖9-19所示。9.7.1DeviceNet物理層的結構圖9－19DeviceNet物理層在OSI模型中的位置1．物理層和介質的特征DeviceNet物理層和介質有下列特征：（1）使用CAN技術；（2）尺寸小、成本低；（3）線性總線拓撲結構；（4）支持3種數據率：①125kbps，最大至500m，②250kbps，最大至250m，③500kbps，最大至100m；（5）不同的介質和信號電源導體；（6）低損耗、低延遲電纜；（7）支持干線或支線的不同介質；（8）支線長度可達6m；（9）最多支持64個節(jié)點；（10）解除節(jié)點時無須斷開網絡；（11）可同時支持隔離和非隔離物理層；（12）支持密封介質；（13）誤接線保護功能。2．物理信號BOSCHCAN規(guī)范定義了兩種互補的邏輯電平：“顯性”（Dominant）和“隱性”（Recessive）。同時傳送“顯性”和“隱性”位時，總線結果值為“顯性”。圖9－20CAN-L和CAN-H信號電平物理層包括收發(fā)器、連接器、誤接線保護回路、調壓器和可選的光電隔離器。圖9-21為物理層各部件的框圖。9.7.2物理層

圖9－21物理層模塊圖1．收發(fā)器收發(fā)器是在網絡上發(fā)送和接收CAN信號的物理組件。收發(fā)器從網絡上差分接收網上信號供給CAN控制器并用CAN通信控制器傳來的信號差分驅動網絡。市場上有許多集成CAN收發(fā)器。在選擇收發(fā)器時，須保證所選擇的接收器符合DeviceNet規(guī)范。2．誤接線保護DeviceNet要求節(jié)點能承受連接器上5根線的各種組合的接線錯誤。這種情況下，可承受規(guī)定的電壓范圍，包括U_電壓高達18V時，不會造成永久性的損害。許多集成CAN收發(fā)器對CAN_H和CAN_L最大負向電壓只有有限的承受能力。使用這些器件時，需要提供有外部保護回路。誤接線保護回路如圖9-22所示。圖9-22誤接線保護回路DeviceNet傳輸介質有環(huán)繞屏蔽和扁平屏蔽兩種電纜類型。1．拓撲結構DeviceNet介質具有線性總線拓撲結構，每個干線的末端都需要終端電阻，每條支線最長為6m，允許連接一個或多個節(jié)點，DeviceNet只允許在支線上有分支結構，其介質拓撲如圖9-23所示。9.7.3傳輸介質

圖9－23DeviceNet介質拓撲2．終端電阻DeviceNet要求在每個干線的末端安裝終端電阻，電阻的要求為：121Ω、1%金屬膜、1/4W、終端電阻不可包含在節(jié)點中。3．連接器所有連接器5針類，即一對信號線、一對電源線和一根屏蔽線。4．設備分接頭設備端子提供連接到干線的連接點。設備可直接通過端子或通過支線連接到網絡，端子可使設備無需切斷網絡運行就可脫離網絡。5．電源分接頭通過電源分接頭將電源連接到干線。電源分接頭不同于設備分接頭，其包含下列部件：（1）一個連在電源U+上的肖特基二極管，允許連接多個電源（省去了用戶電源）。（2）兩個熔絲或斷路器，以防止總線過流而損壞電纜和連接器。6．網絡接地DeviceNet應在一點接地。多處接地會造成接地回路，網絡不接地將增加對ESD（靜電放電）和外部噪聲源的敏感度。除了提供通信通道之外，DeviceNet還提供電源。由于電源線和信號線在同一電纜中，設備可從網絡中直接獲取電源，而不需要另外的電源。根據所選電纜，DeviceNet單電源可提供最大至16A的電流。DeviceNet電源總線的能力為：

電纜長度可達500m；

最多支持64個不同電流的節(jié)點；

可調整的配置。9.7.4網絡電源配置

9.8設備描述

DeviceNet總線控制系統(tǒng)為了實現同類設備的互操作性，并促進其互換性，同類設備間必須具備某種一致性。即：每種設備類型必須有一個“標準”的內核。一般來講，同類設備必須具備：

表現相同的特性；

生產和/或消費相同的基本I/O數據組；

包含一組相同的可配置屬性。這些信息的正式定義稱作設備描述。設備描述必須包括：

設備類型的對象模型；

設備類型的I/O數據格式；

配置數據和訪問該數據的公共接口?？梢赃x用或擴展現存的設備描述，或根據規(guī)定的格式定義特殊產品的描述。為了實現同類設備之間的互操作性，兩臺或多臺設備中實施的相同對象必須保持設備間的行為一致。因此，每個對象規(guī)范包括一個嚴格的行為定義。每個DeviceNet產品都包含若干個對象，這些對象互相作用提供產品的基本行為。因為各個對象的行為是固定的，所以相同的對象組的行為也是固定的。因此，以特定的次序組織的相同對象組將互相作用在各設備中產生相同的行為。設備中使用的對象組是指設備的對象模型，如圖9-24所示。9.8.1對象模型

圖9－24對象模型為使同類設備產生相同的行為，同類設備必須具備相同的對象模型。因此，各設備描述中都包括對象模型，以便在DeviceNet的同類設備之間提供互操作性。對象模型建立規(guī)則如下：

標識設備中存在的所有對象類（必需的或可選的）；

表明各對象類中存在的實例數。如果設備支持實例的動

態(tài)創(chuàng)建和刪除，對象模型將說明對象類中可以存在的最大實例數；

說明對象是否影響設備的行為。如果影響行為，對象模型說明是如何影響的；

定義每個對象的接口，即：定義對象和對象類如何鏈接。設備可以包含必需對象和可選對象。當對象標識為“必需”時，就表示所有該類型的設備都必需該對象，至少，DeviceNet設備的對象模型必須指定以下對象類的實例：

連接對象類；DeviceNet對象類；

標識對象類；

報文路由器對象類。在一個設備描述中，設備I/O數據格式將遵守這些原則：I/O組合可以是輸入或輸出型；

一個設備可以包含不止1個I/O組合。設備I/O組合實例的定義：

用實例編號、類型和名稱標識I/O組合；

指定I/O組合數據屬性格式；

將I/O組合數據屬性分量映射到其他屬性。9.8.2I/O數據格式

設備配置的定義還包括每個可配置屬性的下列信息：（1）配置參數數據；（2）每個參數對象實例的所有屬性值；（3）電子數據文檔（EDS）參數部分的所有值；（4）至少包括下列打印的數據文檔信息：

參數名稱；

屬性路徑（類、實例、屬性）；

數據類型；

參數單元；

最小/最大缺省值。（5）參數對設備行為的影響；（6）設備配置的公共接口（即通過配置組合的批量配置、參數對象類的完整/存根實例等）。9.8.3設備配置

擴展現存設備描述應遵守下列原則：（1）所有加到描述中的新對象、屬性和服務都是可選的，必須保持向下兼容性。（2）在上電時，所有新增的特性必須缺省，使得設備的行為與設備類型定義的基本行為一致。（3）不能更改基本I/O格式，可以為增加的可選I/O組合實例提供擴展的I/O格式。（4）不能改變基本配置，可以通過增加可選的配置組合實例或可選的參數對象類實例提供擴展的配置參數。（5）所有附加組合實例只能定義在供應商專用的地址范圍內。9.8.4擴展的設備描述

設備描述使用的編碼機制，表明設備描述可以是公共定義的或供應商特定的。如表9-11所示。9.8.5設備描述編碼機制

已定義的設備類型編號如表9-12所示。DeviceNet現場總線已于2002年10月8日被批準為國家標準GB/T18858.3-2002。同時，DeviceNet與PROFIBUS-DP一起也成為低壓電器通訊規(guī)約中指定的現場總線。9.9DeviceNet節(jié)點的開發(fā)

DeviceNet節(jié)點的開發(fā)大致有兩種途徑：開發(fā)者本身對DeviceNet規(guī)范相當熟悉，具有豐富的相關經驗，并且有長期深入開發(fā)DeviceNet應用產品的規(guī)劃，選擇從最底層協(xié)議做起，根據自身對協(xié)議的深刻領會，自己編寫硬件驅動程序，再移植到單片機或其他微處理器系統(tǒng)中，完成開發(fā)調試工作。利用開發(fā)商提供的一些軟件包，這些軟件包中的源程序往往可以直接應用于單片機中，對于那些復雜的協(xié)議處理內容，已封裝定義好，用戶只需編寫自己的應用層程序，而無須涉及過多的協(xié)議內容。但其缺點就是價格昂貴，同時受限于軟件包的現有功能，不能向更深層的功能進行開發(fā)9.9.1DeviceNet節(jié)點的開發(fā)步驟DeviceNet節(jié)點的開發(fā)一般按以下步驟：1．決定為哪種類型的設備設計DeviceNet接口這是在著手開發(fā)設備之前必須首先確定的事情，也就是確定開發(fā)產品的功能。大多數DeviceNet產品只具備從機的功能，開發(fā)從機功能產品第一個要考慮的問題是I/O通信。在DeviceNet的初始階段，在從機產品中只包含位選通（BitStrobe）和輪詢（Poll）I/O通信。但隨著越來越多的具有狀態(tài)改變（ChangeofState）通信和循環(huán)（Cyclic）I/O通信的從機產品的出現，其優(yōu)越的帶寬特性使你必須考慮這些通信方法。第二個要考慮的問題是設備信息對顯式報文的通信功能，DeviceNet協(xié)議要求所有設備支持顯式報文的通信，至少是標識符。DeviceNet的通信對象必須能由隱式報文（即I/O報文）來訪問，如在DeviceNet規(guī)范中定義的那樣。但如果組態(tài)要求超過了只設定幾個開關的功能，就必須考慮通過顯示報文的通信來組態(tài)設備。2．硬件設計硬件設計需滿足DeviceNet物理層和數據鏈路層的要求。在DeviceNet中目前只有125kbps、250kbps和500kbps三種速率。由于嚴格的網絡長度限制，它不支持CAN的1Mbps速率。DeviceNet物理層可以選擇使用隔離。完全由網絡供電的設備和與外界無電連接的設備（如傳感器）可以不用隔離，而與外界有電聯系的設備應該具有隔離，光隔離器件的速度很重要,因為它決定了收發(fā)器的總延時，DeviceNet規(guī)范中要求的最大延時為40ns。在開發(fā)DeviceNet產品時要考慮以下幾方面：（1）CAN/微處理器硬件可以使用具有11bit標識符的CAN芯片，而不能使用具有長標識符（29bit）的芯片。（2）收發(fā)器的選擇DeviceNet要求收發(fā)器超越ISO11898的要求，主要是因為在其連接上要掛64個物理設備。滿足這些要求的器件有：Philips82C250、Philips82C251、UnitrodeUC5350等。（3）單片機系統(tǒng)DeviceNet產品的開發(fā)和其他嵌入式系統(tǒng)開發(fā)有著共同之處，首先應搭建一套適合于單片機或者更高層次CPU軟硬件系統(tǒng)的環(huán)境，再開發(fā)單片機或者更高層次CPU的應用系統(tǒng)。3．軟件設計軟件設計需滿足DeviceNet應用層的要求。（1）采用的軟件DeviceNet方面的軟件包有許多種，采用它們可以與你的產品協(xié)同工作，考慮其特性是個首要的問題。以下提出一些有關的必須考慮的問題：

該軟件對自己的硬件適用否？

是否要重寫匯編代碼？

在何種程度上要重寫硬件的驅動程序？

軟件的速度對自己的產品適合否？

某特定的應用是否需要所有的通信特性（如I/O交換和顯式報文傳送）？

是否支持分段？

采用何種編譯器？（2）選擇設計或購買策略在確定是自行設計或購買策略時，可以作如下的考慮：自己是否掌握足夠的開發(fā)知識，如CAN和微處理器？是一次性設計產品還是將來要改進的？僅實現從站功能的產品極易開發(fā)，一些公司只要數周即可完成；但比較復雜的產品，如具有主站功能的，采用商業(yè)開發(fā)軟件包來開發(fā)比較好。（3）設計工具一般來說，可以用微處理器開發(fā)系統(tǒng)來完成開發(fā)，因此，這里只討論與DeviceNet有關的工具，其最小配置為CAN的監(jiān)視器，它是一個由PC卡和相關軟件組成的工具。DeviceNet的兼容工具可以向Softing、STZP、HuronNetworks、S-STechnologies等公司購買。軟件的開發(fā)還要選擇合適的開發(fā)包。DeviceNet方面的軟件開發(fā)包有很多種，可以幫助進行軟件的開發(fā)。在軟件開發(fā)時，有這樣一些問題需要考慮：

該軟件是否適用于自己的硬件？

軟件是否可以直接移植到單片機上？在多大的程度上，需要對原代碼進行改動？或是否要重寫硬件驅動程序？

軟件中支持的通信特性（如I/O報文、顯式報文、UCMM等）是否都需要？

軟件支持何種編譯器？4．根據設備類型選定設備描述或自定義設備描述DeviceNet使用設備描述來實現設備之間的互操作性、同類設備的可互換性和行為一致性。設備描述是一臺設備的基于對象類型的正式定義，包括以下內容：（1）設備的內部構造（使用對象庫中的對象或用戶自定義對象，定義了設備行為的詳細描述）。（2）I/O數據（數據交換的內容和格式，以及在設備內部的映像所表示的含義）。（3）可組態(tài)的屬性（怎樣被組態(tài)，組態(tài)數據的功能，它可能包括EDS信息）。在DeviceNet產品開發(fā)中，必須指定產品的設備描述。如果不屬于標準設備描述，就必須自定義其產品的設備描述，并通過ODVA認證。5．決定配置數據源圖9-25所示，DeviceNet標準允許通過網絡遠程配置設備，并允許將配置參數嵌入設備中。利用這些特性，可以根據特定應用的要求，選擇和修改設備配置設定。DeviceNet接口允許訪問設備配置設定。圖9－25DeviceNet通過網絡遠程配置設備6．完成DeviceNet一致性聲明一致性與互操作性測試是認證開放系統(tǒng)的產品可以互連的重要步驟。DeviceNet產品的制造商需要通過一致性測試向購買者表明，他們的產品符合DeviceNet規(guī)范。用戶需通過互操作測試，以證實他們購買的產品彼此能互操作。DeviceNet的一致性與互操作性是由ODVA通過一致性測試（ConformanceTest）保證的。DeviceNet規(guī)范通過定義標準的設備模型促進不同制造商設備之間的互操作性，它對直接連接到網絡的每一類設備都定義了設備描述。設備描述是從網絡的角度對設備內部結構進行說明，它使用對象模型的方法說明設備內部包含的功能、各功能模塊之間的關系和接口。設備描述說明了使用哪些DeviceNet對象庫中的對象和哪些制造商定義的對象，以及關于設備特性的說明。9.9.2設備描述的規(guī)劃

設備描述包括：（1）設備對象模型定義——定義設備中存在的對象類、各類中的實例數、各個對象如何影響行為以及每個對象的接口。（2）設備I/O數據格式定義——包含組合對象的定義、組合對象中包含所需要的數據元件的地址（類、實例和屬性）。（3）設備可配置參數的定義和訪問這些參數的公共接口——配置參數數據、參數對設備行為的影響、所有參數組以及訪問設備配置的公共接口。1．設備配置概述DeviceNet標準允許通過網絡遠程配置設備，并允許將配置參數嵌入設備中。利用這些特性，可以根據特定應用的要求，選擇和修改設備配置設定。DeviceNet接口允許訪問設備配置設定。存儲和訪問設備配置數據的方法包括輸出數據文檔的打印、電子數據文檔（EDS）、參數對象以及參數對象存根、EDS和參數對象存根的結合。（1）利用打印輸出的數據文檔支持配置利用打印數據文檔上收集的配置信息時，配置工具只能提供服務、類、實例和屬性數據的提示，并將該數據轉發(fā)給設備。這種類型的配置工具不決定數據的前后聯系、內容和格式。9.9.3設備配置和電子數據文檔（EDS）

（2）利用電子數據文檔支持配置可采用被稱作電子數據文檔（EDS）的特殊格式化的ASCII文件對設備提供配置支持。（3）利用參數對象和參數對象存根支持配置（3）利用參數對象和參數對象存根支持配置部分定義的參數對象稱為參數對象存根，它包含設備配置所需的部分信息，不包括用戶提示、限制測試和引導用戶完成配置說明文本。①利用完整參數對象

參數對象將所有必要的配置信息嵌入設備。參數對象提供：

到設備配置數據值的已知公共接口；

說明文本；

數據限制