基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設計可行性研究報告摘要本課題是設計一個基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊通信卡實現單片機控制的電動執行器和PROFIBUS-DP網絡之間的接口功能；使電動執行器能夠具有實現遠程控制的網絡功能。PROFIBUS-DP模塊從從站獲得閥位反饋信號經總線傳到主站，通過監控PC機觀察是否達到設置要求，如果達不到則通過智能執行器進行校準，以達到設置要求。該設計采用新型的專用通信協議芯片VPC3，VPC3既支持3V又支持5V，利用協議芯片VPC3減少對協議的掌握，不用考慮電源轉換問題，具有低通濾波、過壓保護及熱電偶斷路和短路檢測功能。可以用來對溫度、濕度、供電系統的監視，還可以用于污水處理的方面。關鍵詞：協議芯片VPC3瑞薩M16C單片機遠程控制目錄第一章背景介紹.1第二章基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊介紹.22.1PROFIBUS-DP簡介以及特點.22.2國內外的發展狀況.3第三章基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設計思路.43.1研究目標.43.2研究內容.43.3解決關鍵問題.4第四章基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設計.64.1開發方案分析.64.2技術路線.64.3實驗方案.64.3.1硬件設計.64.3.2軟件設計.84.4本課題的特點與創新之處.1044.1特點.104.4.2優創新點及優點.11第五章目標規劃.125.1研究進度.125.2工作內容.125.3預期的效果.12總結.13參考文獻.14附錄.15第十屆“挑戰杯”遼寧省大學生課外學術科技創新競賽-基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設計1第一章背景介紹隨著現代工業的不斷發展，對現場生產過程的控制也提出了越來越高的要求。智能化、數字化、信息化、網絡化、微型化和分散化代表著當今自動化控制技術發展的主流方向，而現場總線PROFIBUS正是促使自動化系統與儀器儀表順應這一發展方向的重要技術1。現場總線技術是一個協議開放的、系統可維護性強的、具有較強的現場數據信息集成能力的技術。并且今年來該技術也成為國內工業領域內研究的熱點。目前PROFIBUS已經成為一種國際化的、開放的現場總線標準，現場設備及儀表必須具有PROFIBUS通信接口才能方便地連入到PROFIBUS現場總線網絡。PROFIBUS-DP的設計是專門為自動控制系統與I/O分散設備進行高速數據傳輸功能，主要應用與現場設備級1。但是目前大量的執行器不具有現場總線接口因此很難在網絡遠程化控制中發揮作用的問題,所以PROFIBUS-DP的智能執行器的設計能很好的使現場設備及儀器儀表連接到PROFIBUS-現場總線的網絡當中去。同時目前基本都使用通信協議芯片SPC3來實現PROFIBUS-DP的，這樣做的問題有價格比較高、需要考慮電壓、SPC3的功耗比較大。與此同時我國對于PROFIBUS-DP的應用和研究主要以西門子公司等的成套設備為主,而自主研究開發通信接口的卻比較少.所以為儀表或電氣設備開發PROFIBUS-DP通信接口,使國產設備能連接到PROFIBUS總線中并且使得自我研發的PROFIBUS-DP的通信接口較以前的比較便宜,以此推動我國儀器儀表的智能化進程和現場總線在我國的應用就顯得尤為重要.第十屆“挑戰杯”遼寧省大學生課外學術科技創新競賽-基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設計2第二章基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊介紹2.1PROFIBUS-DP簡介以及特點PROFIBUS以開放式系統互聯網絡作為參考模型，定義了物理傳輸特性、總線存取協議和應用的功能。并且傳輸的速率可達12Mbps，最大的傳輸距離達100m，可用中繼器延長10km，PROFIBUS-DP是一種高速的和便宜的通訊連接，使用了第1、2層和用戶接口層，其他各層沒有被使用。它是專門為自動控制系統和設備分散系統之間進行通訊而設計的。使用PROFIBUS-DP模塊可以取代傳統的24V或4-20ma的串聯式信號的傳輸，減少資本的投入。傳輸數據的過程中使用的是RS485傳輸技術或者是光線媒體。標準的現場總線PROFIBUS-DP的硬件由主設備、從設備、網絡設備等組成，下面是一個典型的PROFIBUS-DP系統圖1。圖1目前使用PROFIBUS-DP模塊可以實現或者已經實現產品主要有：1）與電力驅動有關的產品MCCPCC交直流驅動等2）傳感器類壓力溫度流量儀表質量測量稱重水份濕度測量。3）專用控制設備及分布式控制系統車輛印刷機械食品生產。4）現場總線I/O與專用系統配套如樓宇控制印染設備食品加工，具有特殊品質防爆高防護等級可接受RTDmV高壓大電流信號。第十屆“挑戰杯”遼寧省大學生課外學術科技創新競賽-基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設計32.2國內外的發展狀況現場總線被譽為自動化領域的計算機局域網，是自動化領域的研究熱點。PROFIBUS-DP是應用在現場自動化儀表和設備領域的一種主要的現場總線并且已經成為國際電工委員會制定的國際標準之一（IEC61158TYPE3）和中國國家標準（GB/T20540-2006）。國內提供PROFIBUS-DP總線產品OEM開發的廠家主要為北京鼎實創新科技有限公司，它是PROFIBUS在國內的技術資格中心，負責國內PROFIBUS產品的測試認證工作、提供DP-RS232、DP-RS485等產品，其他的國內生產者有各大高校和國家的研究機構，如：浙江大學、中科院、解放軍工程電子學院等，但是國內沒有一項PROFIUBS的產品經過認證。國外的生產PROFIBUS的企業相對較多一些，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子公司Siemens的PROFIBUS，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，丹麥ProcessData公司的P-net，美國的DeviceNet與ControlNet等等。但是以西門子公司提供的PROFIBUS產品為主。這些現場總線大都用于過程自動化、醫藥領域、加工制造、交通運輸、國防、航天、農業和樓宇等領域，大概不到十種的總線占有左右的市場。第十屆“挑戰杯”遼寧省大學生課外學術科技創新競賽-基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設計4第三章基于VPC3的PROFIBUS-DP模塊設計思路3.1研究目標設計一個基于VPC3的模擬量/PROFIUBS-DP通信卡實現單片機控制的電動執行器和PROFIBUS-DP網絡之間的接口功能；使電動執行器能夠具有實現遠程控制的網絡功能。3.2研究內容使用荷蘭生產的一種PROFIBUS通信專用芯片VPC3來設計一個模擬量/PROFIUBSDP通訊卡以實現將420mA的閥位反饋信號（輸入信號）進行校準和量程變換后轉換為DP輸入通道數據，還將來自其它DP設備的輸出數據經過校準和量程變換后轉換為05V的控制輸出信號（輸出信號）。PROFIBUS-DP模塊從從站獲得閥位反饋信號經總線傳到主站，通過監控PC機觀察是否達到設置要求，如果達不到通過智能執行器進行校準，以達到設置要求。設備地址用八位的撥碼開關（127）來設定.3.3解決關鍵問題1）弄清各部分電路的關系：其中包括單片機（瑞薩公司的M16C/62P）與VPC3（荷蘭）之間的連接關系以及VPC3與RS485芯片之間光耦的連接關系。因為VPC3數據總線是