摘要 將802.11b引入到DeviceNet從站適配器的開發(fā)。介紹DeviceNet和802.11b協(xié)議的基本內(nèi)容和特點(diǎn)，給出無線節(jié)點(diǎn)適配器的設(shè)計(jì)思路；以變頻器從站的適配器為例，從硬件、鏈路層和應(yīng)用層三個方面介紹具體的實(shí)現(xiàn)方法，并概述該設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 Blackfin531 DeviceNet 802.11b 物理層接口 事件驅(qū)動與消息響應(yīng) FPGA

引 言
DeviceNet是一種連接工業(yè)底層控制設(shè)備的開放式網(wǎng)絡(luò)，自1994年提出以來，得到了廣泛的應(yīng)用。然而，組建控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時都面臨著布線的問題，雖然采用以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線相對來說成本低、維護(hù)方便，但在實(shí)際的應(yīng)用中仍然會受到客觀條件的限制，特別是在環(huán)境惡劣的條件下，不能采用布線來解決問題。在這種情況下，將無線技術(shù)引入到工業(yè)控制領(lǐng)域就顯得很有必要了�；谶@一目的，在設(shè)計(jì)適配器過程中，以無線局域網(wǎng)協(xié)議IEEE802．1lb為基礎(chǔ)，結(jié)合DevlceNet應(yīng)用層協(xié)議和適用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信的通信方式，提出實(shí)現(xiàn)無線功能的DeviceNet從站適配器的設(shè)計(jì)方法。

1 DOViceNet總線與IEEE802.11b
1.1 DeviceNet總線
DevlceNet是一種連接工業(yè)底層控制設(shè)備的開放式網(wǎng)絡(luò)，采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，具有低成本、高效率、高可靠性、高性能的特點(diǎn)。它可以提供底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連的低成本、高效率的解決方案，現(xiàn)場設(shè)備的智能化，主從和對等通信能力。兩個主要的用途為：傳送與現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)的控制和狀態(tài)信息：傳送與被控制系統(tǒng)相關(guān)的診斷。配置等其他信息。

1.2 IEEE802.11b
1999年9月，電子和電氣工程師協(xié)會(IEEE)批準(zhǔn)了IEEE 802.11b規(guī)范。此規(guī)范稱為wi—Fi。IEEEE 802.11b定義了用于在共享的無線局域網(wǎng)(WLAN)進(jìn)行通信的物理層和媒體訪問控制(MAC)子層，是目前最流行的WLAN協(xié)議，使用2.4 GHz頻段；最高速率11 Mbps，實(shí)際使用速率根據(jù)距離和信號強(qiáng)度可變(150 m內(nèi)1～2 Mbps，50 m內(nèi)可達(dá)到11 Mbps)，802.11b的較低速率使得無線數(shù)據(jù)網(wǎng)的使用成本能夠被大眾接受(目前接入節(jié)點(diǎn)的成本僅為10～30美元)；具有增強(qiáng)物理層，可以和1 Mbps和2 Mbps的802.11bps DSSS系統(tǒng)互操作；編碼方式采用CCK(Complementary Code Keylng)技術(shù)。

2 系統(tǒng)總體框架和無線從站設(shè)計(jì)思路
2.1 無線網(wǎng)絡(luò)總體框架
整個網(wǎng)絡(luò)分為三個部分：組態(tài)軟件(上位機(jī))、主節(jié)點(diǎn)(一般為PLC)和從站�；跓o線技術(shù)的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。其中網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件包括RockweU公司的RSIinx和RSworks實(shí)時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，并可對主從節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行配置。PC通過無線網(wǎng)卡與各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，在無主節(jié)點(diǎn)的情況下可直接對各從站進(jìn)行直接控制。在通信過程中，各節(jié)點(diǎn)模塊均需要相應(yīng)的接收和發(fā)送模塊。在對主、從節(jié)點(diǎn)之間配置后，可實(shí)現(xiàn)主從的控制過程。

2．2設(shè)計(jì)思路
基于802.11b的DeviceNet無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上是將原來通過CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的過程交給無線收發(fā)器來完成。這里，網(wǎng)絡(luò)接口采用物理層接口，即指使用無線信道替代通常的有線信道，而物理層以上各層不變。這樣做的最大優(yōu)點(diǎn)是上層的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及相應(yīng)的驅(qū)動程序可不做任何修改。這種接口方式在使用時一般作為有線網(wǎng)的集線器和無線轉(zhuǎn)發(fā)器，以實(shí)現(xiàn)有線局域網(wǎng)間互連或擴(kuò)大有線局域網(wǎng)的覆蓋面積。無線節(jié)點(diǎn)由適配器和從站構(gòu)成，根據(jù)物理層接口的原理，設(shè)計(jì)中無線收發(fā)完成信號的傳輸，而鏈路層的功能交給FPGA完成。

3 從站適配器的設(shè)計(jì)
3.1 適配器系統(tǒng)定位
某系列變頻器具備Modbus通信能力，但不具備DeviceNet通信能力。適配器位于從站和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)之間，使變頻器能夠運(yùn)行于基于無線技術(shù)的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上。

3.2硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)使用ADI公司16位定點(diǎn)DSP。Blackfin531。該款芯片可以實(shí)現(xiàn)400 MHz的連續(xù)工作，系統(tǒng)支持片外同、異步存儲器，具有2個雙通道全雙工同步串行接口和1個支持IrDA的通行串行口。其中DeviceNet端口使用FPGA+802.11b無線收發(fā)器與DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接。

802.1lb無線收發(fā)電路主要由MAX2820和MAX2242等組合實(shí)現(xiàn)。MAX2820是單片零中頻收發(fā)器．專為工作在2.4～2.5　GHz ISM(工作/科學(xué)/醫(yī)療)波段的802.11b應(yīng)用而設(shè)計(jì)，內(nèi)部包含實(shí)現(xiàn)802.11b射頻到基帶傳輸所需的所有電路，加上功率放大器MAX2242、RF開關(guān)和帶通濾波器等就可以構(gòu)建完整的前端電路。FPGA選用Xilinx公司的XCV50E，硬件電路如圖2所示。

3.3數(shù)據(jù)鏈路層
數(shù)據(jù)鏈路層主要包括邏輯鏈接子層(LLC)和媒體訪問控制子層(MAC)。另外，由于無線網(wǎng)絡(luò)和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)頻率有差異，故應(yīng)有頻率轉(zhuǎn)換的功能。

(1)硬件選擇
數(shù)據(jù)鏈路功能由FPGA實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)選用Xilinx公司VirtexE系列系統(tǒng)級XcV50E。