為了提高高速條件下地磅儀表重量數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定與可靠性，文章提出了運(yùn)用新 塘Cortex- M0芯片NUC200與北京鼎實(shí)嵌入式總線橋模塊相配合的方式，設(shè)計(jì)了一款從站地磅稱重儀表C9G，以便接入DP網(wǎng)絡(luò)，與主站實(shí)現(xiàn)信息交互；儀表采用NUC200作為CPU控 制器通過I/O 口實(shí)現(xiàn)對(duì)總線橋模塊讀寫、初始化等信號(hào)的控制，通過串口實(shí)現(xiàn)和總線橋之間 Profibus數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；采用嵌入式接口板提供Profibus^ DP/V0從站通信接口。

引言

現(xiàn)場(chǎng)總線在工業(yè)控制中越來越重要，作為當(dāng) 今主要現(xiàn)場(chǎng)總線之一的Profibus已經(jīng)成為國際標(biāo) 準(zhǔn)，并在全世界得到了廣泛的應(yīng)用。由于Profibus 是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)于地磅稱重儀表，只要提 供Profibus接口和描述產(chǎn)品特性的GSD設(shè)備數(shù)據(jù) 庫文仲就可以接入到任何Profibus網(wǎng)絡(luò)中。

C9G是最新研發(fā)的一款三入三出隔爆稱 重配料控制表，可與傳感器連接組成配料秤、定 量包裝秤、控制秤等。它隔爆等級(jí)高，防爆標(biāo)志 為 Exd [ia IIC Ga]IICT6 Gb ；接口 豐富，帶隔離 4- 20mA/0- 5V/0-10V模擬量輸出，全隔離RS485/

RS232雙串口高速輸出以及外接大屏幕電流環(huán)輸出接口；通信方式靈活，標(biāo)配Modbus-Rtu通信，也 可選配Profibus- DP通信接口。

地磅稱重儀表通常作為從站采用Profibus- DP通 信，C9GDP通信部分的核心是采用了北京鼎實(shí)嵌 入式Profibus總線橋。總線橋是北京鼎實(shí)專門針對(duì) 自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)瓶頸問題，即傳統(tǒng) 儀表和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不具備現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力，無法 接入現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)而設(shè)計(jì)開發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線通信接 口系列產(chǎn)品，它以OEM方式提供嵌入式Profibus 接口，方便用戶在短時(shí)間內(nèi)推出具有自主知識(shí)產(chǎn) 權(quán)的Profibus產(chǎn)品。稱重儀表的CPU通過串行接 口向OEM總線橋接口板讀/寫輸入/輸出數(shù)據(jù)， 接口板自動(dòng)將其轉(zhuǎn)換成Profibus-DP協(xié)議與Profibus主站進(jìn)行通信。

1.硬件設(shè)計(jì)

C9G Profibus- DP稱重儀表采用新塘32位 Cortex- M0 芯片 NUC200LD2AN 作為 CPU 控制器， 其內(nèi)建64KB字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器，以及8K字節(jié) SRAM, 4K字節(jié)用于存儲(chǔ)ISP引導(dǎo)代碼的ROM 帶有兩路UART 口，如圖1所示。C9G主板通過 J1-16針插座與接口板相連，為接口板提供兩路獨(dú) 立電源供電，微控制器通過UART0向接口板讀/ 寫輸入/輸出數(shù)據(jù)，接口板通信部分的核心采用 SPC3集成電路，SPC3是一種用于從站的智能通信 芯片，支持Profibus-DP協(xié)議，它可獨(dú)立完成全部 Profibus- DP通信功能，將稱重儀表的串口數(shù)據(jù)自動(dòng) 轉(zhuǎn)換成Profibus- DP協(xié)議與Profibus主站進(jìn)行通信。

C9G主板J1-16針接插件部分管腳定義說明見 下表1所示：

如圖2所示，C9G主板帶有兩路串口，串口 0 是Profibus- DP和RS232通信復(fù)用串口，利用二極 管的單向?qū)ㄐ员ＷCCPU數(shù)據(jù)輸入線的正常工作， 在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意兩者通信的排他性，串 口 0在用于Profibus- DP通信時(shí)不可再用與RS232 通信。另外一個(gè)串口 1預(yù)留為RS485通信口，在 此不做詳細(xì)講述。

2.軟件設(shè)計(jì)

C9G主板和接口板通過串口連接，Txd、Rxd 為TTL電平，半雙工，每個(gè)字節(jié)用11bits傳送，1 個(gè)啟始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)偶校驗(yàn)位、1個(gè)停止 位，通訊波特率固定設(shè)為9600, C9G主板的通信 基本過程是：

（1）初始化：如圖3所示，C9G主板按固定波特率向接口板發(fā)初始化報(bào)文，初始化報(bào)文共49字 節(jié)長度，包含從站站號(hào)、ID號(hào)、I/O配置數(shù)據(jù)長 度、I/O配置數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)長度、發(fā)送數(shù)據(jù)長 度、用戶參數(shù)長度、校驗(yàn)和字節(jié)等數(shù)據(jù)，從站地 址范圍為0?126，I/O 口配置為6個(gè)字重量數(shù)據(jù)輸 入,1個(gè)儀表狀態(tài)標(biāo)志位信息輸入字節(jié)，1個(gè)儀表 控制指令字節(jié)輸出，然后等待接口板的回答；接 口板接收到初始化報(bào)文后，如果偶校驗(yàn)及校驗(yàn)和 無錯(cuò)，檢查初始化報(bào)文參數(shù)，回答初始化成功/失 敗報(bào)文給C9G，接口板回答初始化成功后，進(jìn)入 數(shù)據(jù)交換狀態(tài)。

（2）數(shù)據(jù)交換過程：如圖4所示，循環(huán)進(jìn)行， C9G主板主動(dòng)向接口發(fā)送PROFIBUS輸入數(shù)據(jù) (包含6個(gè)字重量數(shù)據(jù)和1個(gè)字節(jié)儀表狀態(tài)標(biāo)志位 信息，接收PROFIBUS輸出數(shù)據(jù)（1個(gè)字節(jié)，儀 表控制指令，上升沿有效。

3.實(shí)驗(yàn)仿真與數(shù)據(jù)分析

本文使用鼎實(shí)PBStudio+工具監(jiān)測(cè)Profibus-DP 信號(hào)，在計(jì)算機(jī)上安裝好PBStudio+軟件上，配合 硬件使用，在沒有Profibus主站的情況下，能夠模 擬Profibus- DP V0主站，對(duì)總線上的所有從站進(jìn) 行判斷和分析。如圖5所示，在監(jiān)控軟件上可以 看到Profibus- DP總線狀態(tài)，從站3(C9G稱重儀表） 已經(jīng)進(jìn)入數(shù)據(jù)循環(huán)交換狀態(tài)，在圖6界面可以觀 察到儀表配置信息，以及儀表輸入輸出 Profibus- DP 數(shù)據(jù)。

如圖7所示，從報(bào)文結(jié)構(gòu)上分類，Profibus- DP通信中規(guī)定了數(shù)種報(bào)文類型：SD1 (10H、SD2 (68H、SD4 (DCH、SC (E5H。

從報(bào)文功能上分類，Profibus DPV0通信中包 含的報(bào)文種類有診斷報(bào)文（SD2、參數(shù)化報(bào)文 (sd2、配置報(bào)文（Sd^、數(shù)據(jù)交換輸入輸出報(bào)文 Sd1sd2、主站令牌傳輸（SD4、FDL站點(diǎn)狀態(tài) 報(bào)文(SD1)、短應(yīng)答報(bào)文(SO等

通過PBStudio+工具，可以監(jiān)測(cè)通信數(shù)據(jù)報(bào) 文，以下是部分?jǐn)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)報(bào)文舉例：

（1）此報(bào)文為數(shù)據(jù)交換報(bào)文，源地址0,目標(biāo) 地址3,數(shù)據(jù)為0。

4.小結(jié)

地磅稱重儀表C9G通過鼎實(shí)嵌入式接口板實(shí)現(xiàn)了 與主站如PLC的通信，完成通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。 其實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

（1）支持 Profibus- DP/V0 協(xié)議。

（2）共輸出13字節(jié)長度，其中包含12字節(jié)浮 點(diǎn)型毛重、皮重、凈重?cái)?shù)據(jù)，可選高字節(jié)在前或 低字節(jié)在前，以及1個(gè)字節(jié)的儀表狀態(tài)信息，包 含零位、凈重、穩(wěn)定標(biāo)志。

（3）共輸入1字節(jié)長度，為儀表控制指令，上 升沿有效，可執(zhí)行清零和除皮動(dòng)作。

（4）可選從站地址1?126。

采用嵌入式總線橋的辦法實(shí)現(xiàn)地磅稱重儀表 Profibus-DP通信可以縮短研發(fā)周期，以期快速投 入市場(chǎng)，但從成本考慮，使用Profibus通信專用ASIC開發(fā)更為有利，但開發(fā)周期長，對(duì)開發(fā)技術(shù) 要求較高。