专利名称：具有短路保护与自诊断功能的DeviceNet现场总线输入输出装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机应用技术领域，特别是涉及一种具有短路保护与自 诊断功能的DeviceNet现场总线输入和输出1/0装置。
背景技术：
目前，为了进行设备之间的通信，传统的输入/输出i/o装置需要通过
导线将设备外部端点与控制器端点一对一连接，这种硬接线的连接方式需 要耗费大量的精力进行现场组装与调试，且随着系统的复杂程度会增加大 量的硬接线成本。
上述传统的输入/输出i/o装置不具备任何保护与诊断功能，例如，在 接口电源发生短路的情况下不具有及时断开电源的功能，且无法提供任何 保护和诊断的信息，于是一旦i/o装置出现故障，维护人员需要逐一对1/0
装置中各个部件进行故障检测，大大影响维护人员对故障排查的效率，增 加了故障排查的难度。
DeviceNet现场总线作为 一种低成本的通信总线，它将工业设备连接到 网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。直接互连性改善了设备间的通信， 同时又提供了相当重要的设备级诊断功能，这是通过现有硬接线输入/输出 1/0装置的I/O接口 4M,实现的。
此外，DeviceNet是一种简单的网络解决方案，它在提供多供货商同类 部件间的互换性的同时，减少了硬接线和安装工业自动化设备的成本和时 间。DeviceNet是一种开放的网络标准，其规范和协议都是开放的。供货商 将设备连接到系统时无需硬件、软件或授权付费。任何对DeviceNet感兴趣 的人或组织都可以从DeviceNet供货商协会(ODVA)获得DeviceNet规范， 并可以加入ODVA,参加对DeviceNet规范进行增补的技术工作组。
但是，目前还没有出现一种具备本发明装置特征的有短路保护与自诊 断功能Device Net现场总线的输入和输出I/0装置，其具有短路保护与自诊 断功能，可以在接口电源发生短路的情况下及时断开电源，避免因短路电 流而烧毁，并提供自诊断信息，方便维护人员进行装置的故障监控和排查。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有短路保护与自诊断功能的
DeviceNet现场总线输入和输出1/0装置，其具有短路保护与自诊断功能， 可以在接口电源发生短路的情况下及时断开电源，避免因短路电流而烧毁， 并提供自诊断信息，方便维护人员进行装置的故障监控和排查，当短路故 障排除后装置自动恢复正常工作，本发明具有重大的实际意义。
为此，本发明提供了一种具有短路保护与自诊断功能的DeviceNet现 场总线输入和输出1/0装置，包括
DeviceNet接口单元，用于与DeviceNet现场总线之间进行数据通4言， 设置本节点的总线节点号MAC ID和通信波特率，以及采集和存储来自输 入输出短路保护与自诊断单元的输入接口状态和输出接口状态诊断数据；
输入输出短路保护与自诊断单元，用于与外围设备之间进行数据通信， 在输入接口电路和/或输出接口电路发生短路时，断开电源给予短路保护， 当短路故障排除后装置自动恢复正常工作，并将输入接口状态和/或输出接 口状态诊断数据传送给DeviceNet接口单元。
优选地，所述DeviceNet接口单元包括有
微处理器，用于向输入输出短路保护与自诊断单元采集和下发现场数 据，采集来自输入输出短路保护与自诊断单元的输入接口状态和输出接口 状态诊断数据，接收拨码开关电路所设置的本节点的总线节点号和通信波 特率，控制模块/网络状态指示灯的状态，初始化并与DeviceNet现场总线 之间进行数据通信；
拨码开关电路，与微处理器双向连接，用于设置本节点的通信波特率 及总线节点号；
模块/网络状态指示灯，与微处理器双向连接，用于实时反映本节点的 工作状态及通信状态；
独立式局域网CAN控制器，与微处理器双向连接，用于接收DeviceNet 现场总线的才艮文并向DeviceNet现场总线发送符合CAN协议的才艮文；
CAN总线收发器，通过光耦与独立式CAN控制器双向连接，用于实 现独立式局域网CAN控制器的电平与DeviceNet现场总线电平之间的转 换，并与DeviceNet现场总线进行数据的双向传输；
数据扩展存储器，与微处理器双向连接，用于存储微处理器中的通信数据。
优选地，微处理器与DeviceNet现场总线之间进行数据通信具体为 所述微处理器接收来自DeviceNet现场总线的报文并进行解析，以及将要 发送给DeviceNet现场总线的报文进行打包，以符合DeviceNet协议少见范。
优选地，所述数据扩展存储器所存储的微处理器中的通信数据包括有 本节点的总线节点号和通信波特率，以及微处理器向输入输出短路保护与 自诊断单元采集和下发的现场数据，还有微处理器向DeviceNet现场总线 相交互的数据、来自输入输出短路保护与自诊断单元的输入接口状态和输 出接口状态诊断数据。
优选地，输入输出短路保护与自诊断单元包括有
输入接口电路，与微处理器双向连接，用于为可接外围通信对象的输 入接口进行供电，向微处理器提供输入接口所输入的现场数据，并在发生 短路时，断开供电，而在短路故障排除后恢复供电；
输出接口电路，与微处理器双向连接，用于接收微处理器下发输出的 现场数据给输出接口，根据该输出的现场数据，为可接外围通信对象的输 出接口进行供电，并在发生短路时，断开供电，而在短路故障排除后恢复 供电；
输入状态诊断电路，与微处理器双向连接，用于诊断输入接口电路是 否发生短路，在输入接口电路发生短路时，输出诊断短路信号给微处理器；
输出状态诊断电路，与微处理器双向连接，用于诊断输出接口电路是 否发生短路，在输出接口电路发生短路时，输出短路诊断信号给微处理器。
优选地，所述输入接口电路包括有功率开关芯片TS4141，该功率开关 芯片TS4141 —端接外部电源，其一端接输入接口，所述输入接口可接机 械开关或传感器，所述输入接口接光耦PC817,所述光耦PC817的输出端 接三态双向总线收发器74LS245,所述三态双向总线收发器74LS245的输 出端接樣i处理器AT89S52。
优选地，所述输出接口电路包括有三态双向总线收发器74LS245， 所述三态双向总线收发器74LS245的输入端接微处理器AT89S52,其输出 端接三极管Ql的基极，所述三极管Ql的发射极接地，所述三极管Ql的 集电极接光耦PC817，所述光耦PC817的输出端接功率开关芯片TS4141， 该功率开关芯片TS4141 —端4妻外部电源，其一端接输出4妄口，所述ilr出接口可接包括电磁阀、继电器在内的多种执行器。
优选地，所述输入状态诊断电路和输出状态诊断电路中包括有电压 比较器LM339,所述电压比较器LM339的负信号端接输入接口电路或输 出接口电路的电源正端，其正端电压恒定，所述电压比较器LM339的输出 端接光耦PC817，所述光耦PC817的输出端4妾三态双向总线收发器 74LS245,所述三态双向总线收发器74LS245的输出端接;微处理器 AT89S52。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供 了一种具有短路保护与自诊断功能的DeviceNet现场总线输入和输出I/O 装置，其具有短路保护与自诊断功能，可以在接口电源发生短路的情况下 及时断开电源，避免因短路电流而烧毁，并提供自诊断信息，方便维护人 员进行装置的故障监控和排查，当短路故障排除后装置自动恢复正常工作， 具有重大的实际意义。
图1为本发明提供的一种具有短路保护与自诊断功能的DeviceNet现 场总线输入和输出1/0装置的总体结构图2为图1中微处理器单片机与CAN控制器的接口电路图3为CAN控制器、光耦和总线收发器之间的接口电路图4为拨码开关(设置节点MACID及通信波特率)的电路图5为模块/网络状态指示灯的电路图6输入接口电路的电路图7 l!r出4妻口电路的电if各图8输入状态诊断电路的电路图9输出状态诊断电路的电路图10为数据扩屑_存储器与微处理器之间的连接电路图。
具体实施例方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实 施方式对本发明进行说明。
图1为本发明提供的一种具有短路保护与自诊断功能的DeviceNet现 场总线输入和输出1/0装置的总体结构图。参见图1,本发明提供了一种具有短路保护与自诊断功能的DeviceNet 现场总线输入和输出1/0装置，该装置包括DeviceNet接口单元101和输 入输出短路保护与自诊断单元102，其中
DeviceNet接口单元101,用于与DeviceNet现场总线之间进行数据通 信，设置本发明装置节点的总线节点号(MACID)(即本节点的网络地址) 和通信波特率，以及采集和存储来自输入输出短路保护与自诊断单元102 的输入接口状态和输出接口状态诊断数据；
输入输出短路保护与自诊断单元102,与DeviceNet接口单元101相 连接，用于与外围设备之间进行数据通信(即输入和输出)，在输入接口电 路和/或输出接口电路发生短路时，断开电源给予短路保护，当短路故障排 除后装置自动恢复正常工作，并将输入接口状态和/或输出接口状态诊断数 据传送给DeviceNet接口单元101 。
在本发明中，所述DeviceNet接口单元101包括有
微处理器1011，用于向输入输出短路保护与自诊断单元102采集和下 发现场数据，采集来自输入输出短路保护与自诊断单元102的输入接口状 态和输出接口状态诊断数据，接收拨码开关电路1012所设置的本发明装置 节点的总线节点号和通信波特率，控制才莫块/网络状态指示灯1013的状态， 初始化并与DeviceNet现场总线之间进行数据通信(即数据的4妻收和发 送)。
具体实现上，所述微处理器1011采集输入输出短路保护与自诊断单元 102中输入接口电路的现场数据，向其中的输出接口电路下发现场数据； 此外，还采集来自输入输出短路保护与自诊断单元102的输入接口状态和 输出接口状态诊断数据；
微处理器1011与DeviceNet现场总线之间进行数据通信具体为所述 微处理器1011接收来自DeviceNet现场总线的报文并进行解析，以及将要 发送给DeviceNet现场总线的报文进行打包，以符合DeviceNet协议规范。
需要说明的是，按照DeviceNet协议规范，DeviceNet现场总线上传输 的报文分为报文头和有效数据两部分。因此，微控制器1011在接收到总线 报文后，需要将报文头和有效数据拆解，从报文头中判断该报文的类型， 源节点地址等，而从有效数据中获取所需要的具体数据，上述过程即为总 线报文的解析过程。同理，当微控制器1011需要向DeviceNet现场总线传输其内部的报文时，需要对该报文进行封装(即打包)，使该报文具备相关 的报文头(该报文头包含本节点或目标节点地址、信息类型等)，然后再向
DeviceNet现场总线上发送。
需要说明的是，微处理器在初始上电后，所有参数的状态都需要有一 个初始值，这样才能在一个初始状态下进入正常工作状态。在孩i控制器开 始执行时，需将相关参数如节点地址、主站地址、通信波特率、定时器初 始记数值、CAN控制寄存器初始值等参数写入微控制器，只有这样才能开 始运行。因此需要将所有默认值通过赋值语句写入到标志这些状态的专用 寄存器中，从而完成初始化。
拨码开关电路1012，与微处理器1011双向连接，用于设置本发明装 置节点的通信波特率及总线节点号(即节点网络地址)，参见图4，为拨码 开关电路的电路模块/网络状态指示灯1013，与微处理器双向连接，用于实时反映本 发明装置节点的工作状态及通信状态，参见图5，图5为模块/网络状态指 示灯电路独立式局域网(CAN)控制器1014,与孩i处理器1011双向连接，用 于接收DeviceNet现场总线的报文并向DeviceNet现场总线发送符合CAN 协议的报文；按照CAN规范对来自DeviceNet现场总线的报文进行判断与 过滤，从而提高本发明1/0装置的通信效率；参见图2，图2为微处理器 1011与独立式局域网(CAN)控制器1014的接口电路图。
CAN总线收发器1015，通过光耦与独立式CAN控制器1014双向连 接，用于实现独立式局域网(CAN)控制器1014的电平与DeviceNet现场 总线电平之间的转换，并与DeviceNet现场总线进行数据的双向传输；参 见图3,图3为CAN控制器、光耦和总线收发器之间的接口电路数据扩展存储器1016，与微处理器1011双向连接，用于存储微处理 器1011中的通信数据；具体存储有本发明装置节点的总线节点号和通信 波特率，以及微处理器1011向输入输出短路保护与自诊断单元102采集和 下发的现场数据，还有微处理器1011向DeviceNet现场总线相交互的数据、 来自输入输出短路保护与自诊断单元102的输入接口状态和输出接口状态 诊断数据。参见图10，图10为数据扩展存储器与微处理器之间的连接电 路图。需要说明的是,在拨码开关电路1012完成总线节点号及通信波特率的 设置后，通过数据总线通知给微处理器1011,微处理器1011随即进行协 议程序的执行，接收独立式局域网(CAN)控制器1014芯片SJA1000内 容的相关数据和发送经处理后的应答信息，并随时将相关状态通过数据总 线反映给模块/网络状态指示灯，而所有接收和发送的数据最终是通过 CAN总线收发器1015处理成符合局域网(CAN)总线电平要求的信号后 传递到DeviceNet总线上。
在本发明中，输入输出短路保护与自诊断单元102包括有
输入接口电路1021,与微处理器1011双向连接，用于为可接外围通 信对象的输入接口进行供电，向《敖处理器1011提供输入接口所输入的现场 数据，并在发生短路时，断开供电，而在短路故障排除后恢复供电；
输出接口电路1022，与微处理器1011双向连接，用于接收微处理器 1011下发输出的现场数据给输出接口，根据该输出的现场数据，为可4妻外 围通信对象的输出接口进行供电，并在发生短路时，断开供电，而在短路 故障排除后恢复供电；
参见图6、图7,图示输入接口电路1021和输出接口电路1022中的 TS4141为智能高端功率开关芯片，最大可提供2A负载电流，TS4141自 身带有短路保护电路、过流保护、过压保护等功能。当模块接口短路时， TS4141内部集成的检测电路会自动保护模块电路，断开电源，而当短路故 障排除时，TS4141能立即恢复供电，使接口能正常工作。
输入接口电路如图6所示，所述输入接口电路1021包括有功率开关芯 片TS4141,该功率开关芯片TS4141 —端接外部电源，其一端接输入接口， 所述输入接口可接机械开关或传感器，所述输入接口接光耦PC817，所述 光耦PC817的输出端接三态双向总线收发器74LS245,所述三态双向总线 收发器74LS245的输出端接微处理器AT89S52。
如图6所示，外部的24V电源通过智能高端功率开关芯片TS4141给 输入接口 (Header3)供电，输入接口可接机械开关或传感器等外围通信对 象，该输入接口接光耦PC817,当才几械开关闭合或传感器动作时，光耦 PC817导通，光耦PC817的输出端输出高电平，通过三态双向总线收发器 74LS245可以实现与纟鼓处理器AT89S52进行数据的双向传输，最终外围通 信对象的8路输入数据(开关量)由微处理器通过选通74LS245进行采集。输出接口电路如图7所示，所述输出接口电路1022包括有三态双向 总线收发器74LS245,所述三态双向总线收发器74LS245的输入端接微处 理器AT89S52,其输出端接三极管Ql的基极，所述三极管Ql的发射极接 地，所述三极管Ql的集电极4妻光身禺PC817，所述光耦PC817的输出端接-功率开关芯片TS4141，该功率开关芯片TS4141—端接外部电源，其一端 接输出接口，所述输出接口可接包括电磁阀、继电器在内的多种执行器。
如图7所示，外部的24V电源通过智能高端功率开关芯片TS4141给 输出接口供电，输出接口可接电磁阀、继电器等执行器(即外围通信对象)。 D触发器74LS273可实现数据的锁存。微处理器输出数据时，微处理器只 需给74LS273的时钟端提供一个上升跳边沿，数据总线上的输出数据既锁 存在74LS273的输出端。输出信号为高电平时，三极管Q1卯13导通，从 而光耦PC817导通，TS4141的开关信号输入端被激活，TS4141开启，从 而为输出接口 (Header2)供电，驱动电磁阀、继电器等外围通信对象。
输入状态诊断电路1023，与纟效处理器1011双向连4妻，用于诊断输入 接口电路1021是否发生短路，在输入接口电路1021发生短路时，输出短 路诊断信号给微处理器1011;
输出状态诊断电路1024，与微处理器1011双向连接，用于诊断输出 接口电路1022是否发生短路，在输出接口电路1022发生短路时，输出短
路i貪断信号给孩t处理器1011;
图8、图9分别为输入状态电路和输出状态诊断电路，如图8和图9 所示，LM339为高精度的电压比较器，当其正信号端电压大于负信号端电 压时，其输出端输出高电平，当其负信号端电压大于正信号端电压时，其 输出端输出低电平。图8、图9中，所述电压比较器LM339的负信号端接 输入接口电路1021或输出接口电路1022的电源正端，其正端电压恒定， 所述电压比较器LM339的输出端接光耦PC817,所述光耦PC817的输出 端接三态双向总线收发器74LS245,所述三态双向总线收发器74LS245的 输出端接孩i处理器AT89S52。
在本发明中，输入接口电路1021和输出接口电路1022的电源正端接电 压比较器LM339的负信号端，24V电压经过100K、 1K电阻分压后接LM339 正信号端，正端电压恒为0,2V。因此，当输入接口电路1021发生短路时， TS4141处于保护状态，输入接口电路1021的电源正端接地，电源工作指示LED灯DS1熄灭。电压比较器LM339的负信号端接地，由于电压比丰支器 LM339的正端接0.2V的基准电压，电压比较器LM339输出高电平，此时输 入诊断电路的光耦PC817输入端导通，LED灯DS2导通指示通道短路，光耦 PC817输出端所输出的短路信号为高电平，从而74LS245的输入状态信号为 高电平，微处理器将通过74LS245采集输入状态信号"1"，作为输入状态 诊断数据。选通74LS245时，8位数据可由A通道传输到B通道，或者进行 反向传输，所采集的74LS245的输入状态信号作为短路的输入状态诊断数 据。
当短路故障排除时，TS4141自动恢复工作状态，电源工作LED灯DS1 导通，电压比较器LM339由于负信号端电压大于正信号端电压，输出低电 平，输入诊断电路光耦PC817截止，短路提示等DS2熄灭，诊断信号为低电 平，表明输入通道正常，微处理器采集输入状态信号"0"，作为输入状态 诊断数据。
同理，当输出接口电路1022发生短路时，电源工作提示灯DS4熄灭，电 压比较器LM339输出高电平，控制短i 各提示LED灯DS3导通，输出i貪断信 号为高电平，微处理器将通过输出短路诊断电路循环采集输出状态信号"1" 作为输出状态诊断数据。当短路故障排除时，电源工作提示灯DS4导通， 电压比较器LM339输出低电平，短路提示灯DS3熄灭，诊断信号为低电平， 表明输出通道正常，微处理器采集输出状态"0"作为输出状态诊断数据。 需要说明的是，对于本发明提供的装置，该装置的通信协议同时支持 "轮询，，和"位选通"两种重要的数据触发方式本发明装置不仅可以与 DeviceNet主节点进行点对点的数据交换，即传统的轮询通信模式，还可 充分发挥DeviceNet网络生产者/消费者网络模型的优势，支持DeviceNet
主节点"广播式"的发送方式，使得多个i/o装置可在同一时刻接收命令
信息，即支持位选通的通信模式。
具体实现上，本发明提供的基于多种数据触发方式的DeviceNet现场 总线输入输出I/O装置，首先应用微处理器单片机1011读取外围的拨码 开关量，通过拨码开关电路1012进行本装置节点的MAC ID(节点地址号) 和通信波特率的设置，通过模块/网络状态指示灯1013显示模块的网络状 态。
然后，微处理器1011通过输入接口电路1021采集输入数据，而通过输入状态诊断电路1023可诊断输入接口电路是否短路，微处理器1011通 过输入状态诊断电路1023采集关于输入接口电路1021的输入接口状态诊 断数据；输出状态诊断电路1024可诊断输出接口电路1022是否短路，微 处理器1011通过输出状态诊断电路采集关于该输出接口电路1022的输出 接口状态诊断数据。独立式CAN控制器1014可自动完成部分CAN总线 协议，将所要发送的数据根据DeviceNet协议格式进行封装，并向总线发 送，以及接收总线上的数据，并对该数据按照DeviceNet协议进行解析， 提取数据并向通过输出接口电路1021向外围的现场设备下发。光耦6N137 可以实现总线隔离，提高数据传输精度。CAN总线收发器1015 82C250可 以双向发送或接受DeviceNet报文，数据扩展存储器1016为微处理器提供 大量的数据存储空间。
本发明在上述过程中，微处理器1011首先读取外围拨码开关数值进行 节点MAC ID和通信波特率的设置，随后初始化DeviceNet对象属性、初 始化DeviceNet通信参数、设置定时器和CAN控制寄存器，从而完成设备 初始化过程。然后进行DeviceNet自检，自检通过后向DeviceNet总线上 发送重复MAC ID检测才艮文，4企测总线上有无相同的MAC ID。 4企测通过 后节点就连上了 DeviceNet总线。
连接到DeviceNet总线后，需要与本节点进行通信的节点就会发送建 立连接邀请，本节点会按照要求判断所要建立的连接类型，并根据不同类 型配置内部连接及各参数的初始状态(轮询连接实例和位选通连接实例)， 并返回响应信息，以确i人所建立的连才矣。
连接建立后，本发明的装置(即本节点)就可与总线上的其他节点交 换输入/输出i/o数据，微处理器通过输入接口电路采集输入数据，并通过 输出接口电路下发输出数据，并才艮据应用程序要求完成其他各项功能。当 主节点发送的信息为轮询命令信息时，本装置以轮询响应报文予以回应， 当主节点发送的信息为位选通命令信息时，本装置的内部程序会转入位选 通判断子程序，对信息加以分析判断，若确为选通本装置的信息，则会执 行相关动作，并生成位选通响应信息。
对于上述本发明提供的装置，该装置在输入或者输出接口电路发生短 路时，参见图6、图7，能够将具有开关作用的光耦输入端信号关闭，从而 关闭光耦相应的输出端，立即断开通路，能够有效地保护模块的其他电子元件不会因短路而烧毁。结合图8、图9所示的电路，在短路时可以发出 报警信号，提示工作人员能够尽快排除断路故障。同时对于发生的短路故 障状态通过DeviceNet现场总线可以实现有效传输与映射，为维护人员进 行故障监控提供有效信息。此外，当短路故障排除后可以立即自动恢复工 作状态，本发明的短路保护采用电子式短路保护，具有响应速度快，短路 时功耗小的优点，并且电路筒单，成本低廉。
本装置可实现仅限组2报文的处理,完成基于DeviceNet现场总线的 多路I/0数据(开关量、模拟量)的通信功能；支持轮询和位选通两种数 据触发方式，不仅可以处理来自总线的轮询报文并做出响应，还可以处理 来自总线的位选通才艮文，在正确判断后估支出响应，充分发挥了生产者/消费 者网络^t型的优势；具有非常强的可移植性和可扩展性，在本装置基础上 较易实现系统的升级及功能扩展。
对于本发明提供的装置，在总线通信设计中，采用了独立式CAN控 制器SJA1000作为控制本装置总线行为的专用芯片，从而使总线报文处理 与单片机数据采集的任务相分离，为以后的功能扩展提供了较大空间，同 时增强了系统的可移植性。在短路保护功能设计中，输入输出^t妻口采用光
耦，运放，发光二极管等元件实现i/o接口的短路保护功能，当接口发生
短路时，能够及时断开电路，保护Blockl/0模块，防止其因短路而损坏， 同时故障灯发光报警，同时实现在故障排除后自动恢复原正常工作状态。
上述本发明装置具有的输入和输出状态诊断电路，可以在输入输出端 口发生短路故障时，短路诊断数据通过DeviceNe现场总线实现有效传输与 映射，从而使在现场工作条件较差的情况下，对经常造成模块输入、输出 端短路，负载装置短路等引起严重电源短路的故障实现有效的诊断与保护。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供了一种具有短路保护与自 诊断功能的DeviceNet现场总线输入和输出I/O装置，其具有短路保护与 自诊断功能，可以在接口电源发生短路的情况下及时断开电源，避免因短 路电流而烧毁，并提供自诊断信息，方便维护人员进行装置的故障监控和 排查，当短路故障排除后装置自动恢复正常工作，具有重大的实际意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种具有短路保护与自诊断功能的DeviceNet现场总线输入和输出I/O装置，其特征在于，包括DeviceNet接口单元，用于与DeviceNet现场总线之间进行数据通信，设置本节点的总线节点号MAC ID和通信波特率，以及采集和存储来自输入输出短路保护与自诊断单元的输入接口状态和输出接口状态诊断数据；输入输出短路保护与自诊断单元，用于与外围设备之间进行数据通信，在输入接口电路和/或输出接口电路发生短路时，断开电源给予短路保护，当短路故障排除后装置自动恢复正常工作，并将输入接口状态和/或输出接口状态诊断数据传送给DeviceNet接口单元。
2、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述DeviceNet接口单元 包括有微处理器，用于向输入输出短路保护与自诊断单元釆集和下发现场数 据，采集来自输入输出短路保护与自诊断单元的输入接口状态和输出接口 状态诊断数据，接收拨码开关电路所设置的本节点的总线节点号和通信波 特率，控制模块/网络状态指示灯的状态，初始化并与DeviceNet现场总线 之间进行数据通信；拨码开关电路，与微处理器双向连接，用于设置本节点的通信波特率 及总线节点号；模块/网络状态指示灯，与微处理器双向连接，用于实时反映本节点的 工作状态及通信状态；独立式局域网CAN控制器，与微处理器双向连接，用于接收DeviceNet 现场总线的才艮文并向DeviceNet现场总线发送符合CAN协i义的才艮文；CAN总线收发器，通过光耦与独立式CAN控制器双向连接，用于实 现独立式局域网CAN控制器的电平与DeviceNet现场总线电平之间的转 换，并与DeviceNet现场总线进行数据的双向传输；数据扩展存储器，与微处理器双向连接，用于存储微处理器中的通信 数据。
3、 如4又利要求2所述的装置，其特征在于，纟敖处理器与DeviceNet 现场总线之间进行数据通信具体为所述微处理器接收来自DeviceNet现 场总线的报文并进行解析，以及将要发送给DeviceNet现场总线的报文进 行打包，以符合DeviceNet协议规范。
4、 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数据扩展存储器所存 储的微处理器中的通信数据包括有本节点的总线节点号和通信波特率，以及微处理器向输入输出短路保护与自诊断单元采集和下发的现场数据，还有微处理器向DeviceNet现场总线相交互的数据、来自输入输出短路保 护与自诊断单元的输入接口状态和输出接口状态诊断数据。
5、 如权利要求2所述的装置，其特征在于，输入输出短路保护与自诊 断单元包括有输入接口电路，与微处理器双向连接，用于为可接外围通信对象的输 入接口进行供电，向微处理器提供输入接口所输入的现场数据，并在发生 短路时，断开供电，而在短路故障排除后恢复供电；输出接口电路，与微处理器双向连接，用于接收微处理器下发输出的 现场数据给输出接口，根据该输出的现场数据，为可接外围通信对象的输 出接口进行供电，并在发生短路时，断开供电，而在短路故障排除后恢复 供电；输入状态诊断电路，与微处理器双向连接，用于诊断输入接口电路是 否发生短路，在输入接口电路发生短路时，输出诊断短路信号给微处理器；输出状态诊断电路，与微处理器双向连接，用于诊断输出接口电路是 否发生短路，在输出接口电路发生短路时，输出短路诊断信号给微处理器。
6、 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述输入接口电路包括有 功率开关芯片TS4141,该功率开关芯片TS4141—端接外部电源，其一端 接输入接口 ，所述输入接口可接机械开关或传感器，所述输入接口接光耦 PC817，所述光耦PC817的输出端接三态双向总线收发器74LS245,所述 三态双向总线Jlt^器74LS245的输出端接孩i处理器AT89S52。
7、 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述输出接口电路包括有 三态双向总线收发器74LS245,所述三态双向总线Jlt义器74LS245的输入 端接微处理器AT89S52,其输出端接三极管Ql的基极，所述三极管Ql 的发射极接地，所述三极管Ql的集电极接光耦PC817，所述光耦PC817 的输出端接功率开关芯片TS4141,该功率开关芯片TS4141—端接外部电 源，其一端接输出接口，所述输出接口可接包括电磁阀、继电器在内的多 种执行器。
8、 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述输入状态诊断电路和 输出状态诊断电路中包括有电压比较器LM339，所述电压比较器LM339 的负信号端接输入接口电路或输出接口电路的电源正端，其正端电压恒定， 所述电压比较器LM339的输出端接光耦PC817，所述光耦PC817的输出 端接三态双向总线收发器74LS245,所述三态双向总线收发器74LS245的 输出端接孩t处理器AT89S52。
全文摘要
本发明公开了一种具有短路保护与自诊断功能的DeviceNet现场总线输入和输出I/O装置，包括DeviceNet接口单元，用于与DeviceNet现场总线之间进行数据通信，设置本节点的总线节点号和通信波特率，以及采集和存储输入接口状态和输出接口状态诊断数据；输入输出短路保护与自诊断单元，用于与外围设备之间进行数据通信，在输入接口电路和/或输出接口电路短路时，断开电源给予短路保护，并将输入接口状态和/或输出接口状态诊断数据传送给DeviceNet接口单元。本发明的Device NetI/O装置具有短路保护与自诊断功能，可在接口电源发生短路时断开电源并提供自诊断信息，当短路故障排除后自动恢复工作。
文档编号G06F11/07GK101587463SQ20091006936
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者倪建云, 亮 冯, 超 贾, 陈在平 申请人:天津理工大学