Devicenet總線系統(tǒng)主要包括圓形連接器件，IO模塊分線盒，內部系統(tǒng)等，以下科迎法小胡簡單就devicenet技術知識進行整理與大家分享。

終端電阻在通信中的作用

終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號反射在通信過程中，有兩種信號因導致信號反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。

阻抗不連續(xù)，信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號在這個地方就會引起反射。這種信號反射的原理，與光從一種媒質進入另一種媒質要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。由于信號在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通訊電纜的另一端可跨接一個同樣大小的終端電阻。

引起信號反射的另個原因是數據收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現在通訊線路處在空閑方式時，整個網絡數據混亂。

要減弱反射信號對通訊線路的影響，通常采用噪聲抑制和加偏置電阻的方法。在實際應用中，對于比較小的反射信號，為簡單方便，經常采用加偏置電阻的方法

DeviceNet 網絡的使用體會。

（１）DeviceNet現場總線可以節(jié)省大量費用。

從安裝階段來看，只通過一根通訊纜，就實現了對整個網上各站點供電及通訊，相對于點對點的控制方式，節(jié)省大量的電纜,橋架等。不但縮短了安裝時間，而且降低了安裝費用。

從控制上來看：利用網絡通訊及“軟”Ｉ／Ｏ方式，也節(jié)約了I/O模塊和大筆資金。

如對變頻器工作站，啟動/停止，加速/減速等命令；電壓、電流、溫度等參數，都可從DeviceNet網絡通訊實現，節(jié)約了I/O模塊，尤其是模擬I/O模塊，費用相當昂貴。

（２） 設備故障率大大降低，且診斷方便，排除迅速。

DeviceNet由于僅用一條通訊電纜控制整個設備網絡，使設備故障率大大降低；各站點通訊端子支持帶電熱插拔，若某一站點出現問題及故障排除，不影響網上其他站點正常工作。

采用數據通訊方式來控制各站，不但極大減少了傳統(tǒng)點對點方式的電纜數量，也使故障環(huán)節(jié)大大減少，系統(tǒng)穩(wěn)定性進一步提高。

通過設備網使MCC的集中控制的形式十分有效，極大方便了設備故障的診斷。例如對變頻器的控制，由于采用MCC及網絡控制方式，一百余臺變頻器僅有五種典型控制電路，便于記憶及故障查找。當某臺變頻器發(fā)生故障時，不但可以從總控室看到報警信息，還可以從網絡掃描器或變頻器的人機界面上獲得報警信息，方便快捷。

（３） 系統(tǒng)監(jiān)控更加方便、智能化。

通過RSview監(jiān)控界面方式，中控室可以隨時訪問和控制設備網上的一些站點,根據需要調整控制參數又;可以監(jiān)控網上設備的工作狀態(tài)，例如電機電流、溫度等參數，以確保各設備正常工作。

DeviceNet網絡的維護及故障處理體會：

（1） 通訊干擾問題

我廠運轉調試階段曾經發(fā)生過某些站點的狀態(tài)顯示（控制室RSview人機界面）與其實際工作狀態(tài)有時不相一致或控制命令執(zhí)行不嚴格現象。經診斷及分析, 我們主要采取了以下措施。

1）. 檢查并緊固各終端電阻，防止信號反射。

終端電阻是用來防止（降低）通訊信號反射。為檢查終端電阻工作是否正常，可以在斷電（只有在預防性維護或系統(tǒng)故障時才可以）的情況下，測量網上任何兩個CAN-H（藍色線）與 CAN-L（白色線）端子之間的電阻應在60Ω-70Ω左右即可（因我廠用的是菊花鏈結構）。

2）.可靠連接DeviceNet網絡的接地導線，消除外界噪音干擾。

為防止環(huán)流，信號電纜的屏蔽線僅能在一端接地。接地點從zui接近網絡的物理中心站點處引出，以達到*效果，zui大限度的消除噪音干擾.我廠的接地線是從PLC機架的掃描器站點引出的.

接地方法為：將Ｖ－與Shield及Drain與PE可靠連接

通過1），2）以上兩種方法及定期PM檢查就可確保網絡通訊系統(tǒng)工作良好可靠。

此外，為確保通訊可靠，網絡布線時應注意以下情況：

1）．為了避免通訊電纜受動力電纜干擾，通訊纜應單獨布線。若通訊纜與動力纜共用線槽時，通訊纜應穿金屬屏蔽管布線。

2）．站點之間相距較遠或網絡總距離較大時，應使用粗芯通訊電纜。

（2） 若某一站點的設備發(fā)生故障，而庫存又沒有同型號的備件更換，可能會造成麻煩。

若設備某站點發(fā)生故障，庫存有同型號的備件，換上同型號的備件后，該站即可正常工作。若換上不同型號的備件，則該網絡掃描器檢測到的該物理站點（EDS）與掃描列表(Scan list)不一致.掃描器就會有報警, 該站也無法正常工作。這時，你不得不重新組態(tài)一下掃描列表再下裝到掃描器，此站才能正常工作，這是一個應該注意的問題。

DeviceNet網絡調試

現場的所有傳感器，執(zhí)行器都連接在DeviceNet上，DeviceNet硬件連接是否正確，關系到整個控制系統(tǒng)能否正常工作。DeviceNet硬件連接有以下幾點需要特別注意：

(1)DeviceNet每個通道zui多能連接64個站，每個站點地址不能重復，波特率為125k時，通訊距離zui長為500米。

(2)DeviceNet網絡首末兩端需安裝終端電阻。

(3)DeviceNet通訊電纜有五芯導線組成。無色為屏蔽地，紅色為 24VDC，黑色為0VDC，藍色為CANH，白色為CANH。五芯導線連接要牢國，正確。

(4)DeviceNet有且只能有一點接地。

提高多機數據采集系統(tǒng)的通信可靠性

隨著微控制器在數據采集系統(tǒng)應用的不斷深入，單*個采集器已遠遠達不到實際要求，越來越多的系統(tǒng)要求多個采集器在不同地理位置同時采集多個數據，然后由一個主處理器進行集中處理。在多機系統(tǒng)中，一個作為主機，其他并行進行數據采集的所有處理機作為從機。主機主要負責接收從機采集的數據，按照一定策略對從機進行參數設定，然后對從機采集的數據進行處理、存儲、打印、顯示或傳輸等。各從機主要進行數據的采集并將采集的數據準確有效地傳送給主機。主機與從機之間數據通信的可靠性，將直接影響著整個系統(tǒng)的可靠性，因此研究多機系統(tǒng)的通信可靠性具有現實意義。

民用產品應具備zui高性價比，也就是說，在保證性能滿足要求的前題下，以*構造實用系統(tǒng)。在設計并行多機數據采集系統(tǒng)時，通信方式的選擇決定系統(tǒng)的成本。由于EIARS－485采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現通信，抗共模干擾能力*，接收靈敏度也很高。本文以遠程多機抄表系統(tǒng)為例，從幾個方面討論如何提高基于廉價的半雙工RS－485多機系統(tǒng)通信可靠性問題。

1　多機數據采集系統(tǒng)的構成

多機數據采集系統(tǒng)由一個主機和多個數據采集器（分機）構成。各采集器以微控制器為核心構成采集單元，負責信息的采集、故障的檢測（包括斷線和短路檢測）等，通過RS－485總線與主機連接，將采集的數據傳送到主機，主機負責信息處理。主機與各采集器的連接方式如圖1所示。　　

多機數據采集系統(tǒng)的連接以EIA RS－485總線標準構成的總線型拓撲網絡結構為基礎。EIARS－485是繼RS－232，RS－422等串行總線標準之后極為的總線標準之一，其總線主要靠差分方式傳送數據，傳輸媒質采用雙絞線，zui大共模電壓＋12 V，zui小共模電壓－7 V，差分輸入電壓范圍－7～＋12 V，接收器輸入靈敏度±200 mV，接收器輸入阻抗大于12 kΩ，要用于遠距離數據傳輸。

典型的半雙工RS－485結構如圖2所示，半雙工485芯片除了電源外有兩個控制端和DE，TTL（CMOS）數據接收端RO和發(fā)送端DI，以及一對RS－485信號端A和B（A，B對應差分信號＋、－端）。

當且DE＝0時，485芯片處于數據接收狀態(tài)，此時信號通過傳輸線差分信號到達A端和B端，經轉換后變成TTL（CMOS）信號到達RO端；當=1且DE=1時，485芯片處于數據發(fā)送狀態(tài)，使TTL（CMOS）信號經驅動器平衡后變成差分信號送A端和B端；當且DE＝0時，R和D全部關閉處于高阻狀態(tài)；當＝0且DE＝1時，R和D同時打開，這對半雙工接口是不允許的。發(fā)送時，當DI＝1時，內部驅動電路使A線的電壓比B線高（發(fā)送邏輯1）；當DI＝0時，內部驅動電路使A線的電壓比B線低（發(fā)送邏輯0）。接收時，如果A線電壓高于B線至少200 mV，則接收電路使RO為高電平（接收到邏輯1）；如果A線電壓低于B線至少200 mV，則接收電路使RO為低電平（接收到邏輯0）。

2　提高通信可靠性的硬件措施

2．1　網絡拓撲的正確連接

網絡連接方式有多種形式，而RS－485網絡拓撲一般采用總線型拓撲結構。如果連接方法不當，會隨著通信距離的延長或通信速率的提高，信號在各支路末端反射后與原信號疊加，造成信號質量下降。此外，錯誤的連接方法會使總線特性阻抗的連續(xù)性受到破壞，在阻抗不連續(xù)點也會發(fā)生信號的反射。對遠程抄表系統(tǒng)進行實際布線后，試運行系統(tǒng)就發(fā)現過此類問題，有時電纜走向不好，會出現通信異常。

實驗表明，正確的連接方法是用單一且連續(xù)的總線將各個節(jié)點串接起來，如圖3（a）所示的三種連接中，均為總線型的串接方式，且所有相鄰結點（圓圈標注）之間均具有圓滑過渡，沒有突變，因此大大減少了不連續(xù)的反射。而圖3（b）所示的三種連接中的前兩種為星型連接且有突變，后一種盡管為總線型，但節(jié)點與總線連接有突變極易產生反射，因此為錯誤連接方式。

2．2　總線終端阻抗的匹配

總線終端匹配的目的是減少總線反射引起的干擾以增加可靠性。當總線終端電阻等于特性阻抗（匹配）時，線路上沒有任何反射，在不同電纜延時時間其終端電壓等于發(fā)送端電壓；在總線終端電阻小于特性阻抗情況下，電流到達末端時，部分初始電壓在通過終端電阻時下降，剩下的部分反射回去，這樣驅動器（485發(fā)送端）每反射部分電壓，接收器的電壓就上升一次，直到達到zui終值。如果終端短路，當電流到達末端時沒有負載，也就沒有電壓，所有電壓將全部反射回到驅動器，這樣，電場崩潰，磁場增加，引入了電流，極大干擾了數據的傳送；當總線終端電阻大于特性阻抗時，部分初始電流在終端電阻中流動，剩余部分電流被反射回到驅動器，驅動器將該部分電流再次反射到接收端，這樣就削弱了終端電壓，反射電流會來回反射多次，幅度越來越小，zui后電流才穩(wěn)定到一個zui終值，影響了數據的穩(wěn)定。

如果接收器得到了減少的電壓，則它的輸入可能下降到低于485標準規(guī)定的閥值200 mV，使接收端接收到錯誤的數據。如果接收器得到一個較高的電壓，485接口輸入端的晶體管可能飽和，降低了對信號的反應速度。在情況下，不匹配將導致很大反射甚至毀壞485芯片。

也就是說，如果終端阻抗與特性阻抗不匹配，將會嚴重干擾傳輸的數據。由上可知，為了數據通信的可靠，在網絡兩個位置的A、B兩端各接一個與傳輸線匹配相當的電阻，如圖1中所示的RT。典型雙絞線的特性阻抗約120Ω，匹配電阻也應選擇120Ω。

2．3　接口引出線的正確連接

RS－485總線上的每個收發(fā)器通過一段引出線接入總線，引出線過長時由于信號在引出線中的反射，也會影響總線上的信號質量，系統(tǒng)所能允許的引出線長度和信號的轉換時間、數據速率有關。用經驗公式可以來估算引出線的zui大長度：Lmax＝其中tDR，tDF分別表示驅動器的上升時間（DI數據端從10％到90％）和下降時間（DI數據端從90％到10％）。

可以看出，減緩信號的前后沿斜率有利于降低對引出線長度的要求，改善信號質量，同時，還使信號中的高頻成分降低，減少電磁輻射，但這種做法限制了數據傳輸速率。由此看來，在選擇接口器件時，并不是速率越高越好，在滿足系統(tǒng)通信速度要求的前題下，選擇zui低速度的485接口器件。在選定接口器件之后，從總線到每個節(jié)點的引出線長度不能超過Lmax值，使引線反射信號對總線信號的影響降到zui低程度。

2．4　對接口失效的保護

2．4．1　對開路失效的保護

正常情況下，在規(guī)定的電纜長度（1 200 m）接收有效信號A，B兩端電壓差的值不小于200mV，接收數據準確無誤。當A，B電壓在±200 mV中間時，接收器輸出狀態(tài)不確定，即所謂的“失效”。由于串行異步通信接口（UART）以一個前導“0”觸發(fā)一次接收動作，所以接收器的不定態(tài)就會使UART錯誤地接收數據，這是系統(tǒng)所不允許的。為解決失效問題，當總線空閑或開路時都有可能出現兩線電壓差低于200 mV的情況，因此，必須采取一定措施避免接收器處于不定態(tài)。

開路失效保護的方法是給總線加偏置電阻，即當總線空閑或開路時，利用偏置電阻將總線偏置在一個確定的電壓值（｜差分電壓AB｜＞200 mV）。偏置電阻的大小取決于總線上的匹配電阻及所允許的zui小差分電壓，保證在開路時A與B之間有穩(wěn)定的超過200 mV的偏置電壓。由于多機系統(tǒng)中僅用一套總線，因此僅在主機485接口的A，B端連接偏置電阻即可，如圖1中的R。假設偏置電阻為R，匹配電阻為RT（多機系統(tǒng)中僅有兩個RT，相當于并聯(lián)），則A，B間的電位差為可見，如果要求可靠性提高，ΔVAB就應增大，R就必須減小，這樣系統(tǒng)功耗隨即增大，因此應根據實際應用系統(tǒng)選擇適當的R值。通常R為470～680Ω為宜。

2．4．2　對接口控制失效的保護

多機系統(tǒng)中485接口的工作*由微控制器控制（發(fā)送使能端和接收允許端的控制）。在半雙工485接口組成的多機系統(tǒng)中，如果發(fā)送和接收使能控制不當或控制失靈，將嚴重影響多機系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，甚至可能使系統(tǒng)*處于癱瘓狀態(tài)。這是因為所有485接口都聯(lián)接在同一總線上，一旦一處鎖死，將使總線鎖死。可靠控制的有效方法是為微控制器加看門狗電路或選擇帶有硬件看門狗電路的微控制器。本應用系統(tǒng)中采用內置E2PROM的具有SPI總線的典型看門狗芯片X5045。通過標準的SPI總線操作，微控制器在X5045設定的看門狗超時周期之內（如300 ms），給X5045一個復位看門狗定時器的選通信號，使其重新定時，不產生由于時間溢出而發(fā)出的復位控制信號。當微控制器由于某種原因死機時，由于看門狗電路得不到微控制器的選通信號，到達超時周期后即向微控制器發(fā)出復位信號，致使微控制器強行復位。微控制器復位后，檢測系統(tǒng)運行狀態(tài)，重新投入操作，使通信接口又回到正常控制中，保證系統(tǒng)通信的可靠性。

3　通信可靠性的軟件措施

3．1　多機通信接口驅動器和接收器的初始控制

在保證上述硬件可靠性之后，對通信軟件的編寫也應注意若干問題，否則將嚴重影響通信質量。由圖2所示的半雙工RS－485芯片結構可以看出，其接收端和發(fā)送端均有一個控制端和DE，如果相應控制端無效，數據端將處于高阻狀態(tài)。在由半雙工485接口構成的多機系統(tǒng)中，通常采用主從式通信方式，即一個主機，其余全為從機。數據傳輸都是通過主機與從機交互進行的。也就是說，在某一時刻僅允許一臺從機與主機通信，這時其它從機處于待命狀態(tài)。因此合理適時控制相關控制端將有利于通信可靠性的提高。

主機宜采用的處理器兩個I／O引腳分別控制發(fā)送和接收，這樣可以全面控制接收和發(fā)送，但要　　求這兩個控制信號同時到達485接口的DE和引腳，不能有時間差，否則半雙工工作時接口出現混亂，影響通信的可靠性。各采集器分機用一個微控制器引腳控制發(fā)送和接收，允許一個分機或節(jié)點發(fā)送就不允許其接收，反之亦然。在多機上電運行時，各分機應立即處于接收狀態(tài)。為此對于上電復位后I／O引腳為高電平的微控制器來說，要控制驅動器和接收器接一反相器，這樣系統(tǒng)復位后485使接收控制端處于有效接收狀態(tài)（RE＝0），避免了上電時系統(tǒng)總線的混亂或競爭，提高了通信可靠性。

3．2　多機通信接口收／發(fā)狀態(tài)轉換的控制

任何485接口均存在驅動器部分和接收器部分延時。驅動器傳輸延時包括驅動器上升沿時間tDR以及驅動器下降沿時間tDF、驅動器輸入至輸出高（低）延時tDPLH（tDPHL）、驅動器使能有效至輸出高（低）延時tDZH（tDZL）、驅動器由高（低）到禁止時間tDHZ（tDLZ）、接收器傳輸延時包括接收器輸入至輸出高（低）延時tRPLH（tRPHL）、接收器使能至輸出高（低）延時tRZH（tRZL）、接收器由高（低）到禁止時間tRHZ（tRLZ）、驅動器關閉至使能輸出高（低）延時tDZH（SHDN）（tDZL（SHDN））以及接收器從關閉至使能輸出為高（低）延時tRZH（SHDN）（tRZL（SHDN））等。如果驅動器和接收器全部關閉，則關閉需要更多時間。因此在485接口控制軟件設計時，必須充分考慮這些延時對通信可靠性的影響。

主機在發(fā)送與接收的切換過程中必須保證分機有足夠的準備時間（考慮器件的上述延時時間），這對于快速微控制器的程序設計尤其重要。一次傳輸方向的切換應考慮的總延時時間不得低于tALL所示的時間。

4　結　　論

對于多機數據采集系統(tǒng)而言，各采集器與主機的數據通信可靠性是保證整個多機系統(tǒng)的關鍵。除　　了選擇總線型的網絡拓撲方式、走線合理、終端匹配、接口引出線盡量短、開路失效保護以及采用配置看門狗防止控制器死機等硬件措施外，在軟件方面可采取適時控制接口的發(fā)送和接收等措施，可以有效地提高數據通信的穩(wěn)定性和可靠性。以上多種方法已應用到筆者開發(fā)的水量采集與遠程自動抄表系統(tǒng)中，運行可靠，效果良好。