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介紹一種基于雙口RAM的LonWorks現場(chǎng)總線(xiàn)智能通信節點(diǎn)的設計方法，并給出詳細的設計步驟、硬件及軟件實(shí)現。通過(guò)此LonWorks智能通信節點(diǎn)，能夠完成RS-232-C/RS-485標準與LonTalk協(xié)議間的轉換提供RS-232-C/RS-485網(wǎng)絡(luò )到LonWorks網(wǎng)絡(luò )的接口，因此，具有很高的應用價(jià)值。 引言 LonWorks(Local Operating Networks，局部操作網(wǎng)絡(luò ))總線(xiàn)是由美國Echelon公司推出的一種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。由于LonWorks控制網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)放性、高速性和互操作性，它已廣泛用于工業(yè)、樓宇、家庭、辦公設備、交通運輸、能源等自動(dòng)化領(lǐng)域。EIA RS-232-C/RS-485通信網(wǎng)絡(luò )在控制系統中應用最為普及，許多設備大都只提供RS-232或RS-485/422接口，不能直接接入LonWorks網(wǎng)絡(luò )。因此，需要將現場(chǎng)LON網(wǎng)絡(luò )介質(zhì)上的信息轉換為RS-232-C/RS-485標準的信號，或將RS-232-C/RS-485標準信號轉換為包含LonTalk協(xié)議的數據，從而實(shí)現不同網(wǎng)絡(luò )間的數據傳輸，同時(shí)也為上位PC機、底層工作站提供轉換接口。本文所設計的LonWorks智能通信節點(diǎn)方便地與EIA RS-232-C/RS-485標準的串行I/O設備進(jìn)行通信，輕松實(shí)現現場(chǎng)節點(diǎn)與上位PC機或其它RS-232-C/RS-485控制設備之間的可靠、準確、快捷數據傳遞。 1 LonWorks智能通信節點(diǎn)的硬件結構 1.1 節點(diǎn)硬件電路設計 智能節點(diǎn)以Neuron神經(jīng)元處理器芯片為核心，其硬件電路還包括收發(fā)器、EEPROM、雙口RAM、譯碼電路和service電路等。以神經(jīng)元芯片構成網(wǎng)絡(luò )接口，由它通過(guò)LonTalk協(xié)議與網(wǎng)上的其它智能節點(diǎn)通信，并通過(guò)雙口RAM的訪(fǎng)問(wèn)實(shí)現與其它網(wǎng)絡(luò )系統的數據交換。節點(diǎn)中用雙口RAM充當不同網(wǎng)絡(luò )通信過(guò)程中現場(chǎng)信息的接收、發(fā)送緩沖區，完成最近發(fā)送到達的交換數據的存儲轉發(fā)功能，緩解和避免系統緩存緊張和瓶頸的產(chǎn)生。用非易失性存儲器EEPROM存放LonTalk網(wǎng)絡(luò )協(xié)議固件、多任務(wù)調度程序、網(wǎng)絡(luò )適配器通信管理程序以及網(wǎng)絡(luò )配置信息等。節點(diǎn)的硬件組成結構如圖1所示。 
智能節點(diǎn)的基本結構可分為兩部分：以Neuron 3150神經(jīng)元芯片主構成的LonWorks現場(chǎng)總線(xiàn)一側，其基本功能是實(shí)現LON網(wǎng)絡(luò )上的智能節點(diǎn)功能；另一側是由單片機系統構成的串行通信接口，其功能是實(shí)現EIA RS-232-C/RS-485標準的串行通信。在這兩部分間采用了雙口RAM CY7C130芯片作為數據共享區。CY7C130通信接口電路的左端口與Neuron 3150芯片連接，右端口與8051單片機系統連接，如圖2所示。雙口RAM的兩端都有獨立的數據線(xiàn)、地址線(xiàn)和控制線(xiàn)，兩端都可對雙口RAM的任意單元進(jìn)行操作。只要兩端不同時(shí)對同一地址單元進(jìn)行操作就不會(huì )發(fā)生沖突。BUSY顯示本端口想要存取的地址正在被另一個(gè)端口操作，發(fā)生硬件沖突時(shí)，后操作一端的BUSY信號有效。程序中，節點(diǎn)Neuron 3150側使用顯示報文通信，能有效實(shí)現智能節點(diǎn)與單片機進(jìn)行雙向通信的功能。用Neuron C語(yǔ)言進(jìn)行節點(diǎn)設計編程時(shí)，必須首先查詢(xún)IO_6和IO_7的內容。定義兩個(gè)比特類(lèi)型的輸入變量INTL和BUSYL，通過(guò)查詢(xún)這兩個(gè)變量的內容來(lái)確定程序的運行流程。編程如下：
在應用中分別對雙口RAM 1KB的存儲空間進(jìn)行定義，即CY7C130的同一存儲單元對于Neuron3150芯片及8051單片機系統各有一個(gè)地址，這樣兩個(gè)系統均能對其進(jìn)行存取操作。在智能節點(diǎn)中，Neuron3150芯片對1KB空間的地址為D000H～D3FFH。8051單片機系統對它的定義為0000H～03FFH。值得注意的是，CY7C130芯片3FFH和3FEH兩個(gè)單元被用作固定用途：當左端Neuron3150芯片向3FFH單元寫(xiě)入數據時(shí)，將產(chǎn)生中斷信號INTR；同理，當右端8051單片機向3FEH單元寫(xiě)入數據時(shí)，將產(chǎn)生中斷信號INTL。利用這兩個(gè)信號，可以將系統設置為中斷工作方式，達到節省通信時(shí)間的目的。由于雙向數據信息的交換，可以這樣來(lái)劃分雙口RAM存儲區間：000H～01FFH單元存入Neuron 3150芯片向8051傳送的信息，而200H～3FFH單元存放由8051向Neuron 3150發(fā)送的信息，并將同類(lèi)但不同次的信息放在固定的存儲單元，每次都以新的數據覆蓋上次的數據。這樣就不必進(jìn)行標志的判斷，只需要固定單元取數據就可以進(jìn)行處理，既節省時(shí)間，又安全可靠。 1.2 硬件的抗干擾 LonWorks設備往往工作在復雜的電磁環(huán)境中，其自身各部分與周?chē)渌?a href="http://selenalain.com/keyword/電子" target="_blank" class="relatedlink">電子設備之間，都不可避免地存在各種形式的電磁干擾和靜電放電。為了保證通信的準確無(wú)誤，延長(cháng)硬件使用壽命，該通信節點(diǎn)在設計上結合LonWorks電路自身特點(diǎn)，采用有關(guān)接地、屏蔽和濾波的適當處理，有效減小了電磁干擾的影響。針對收發(fā)器FTT-10A，設計抗干擾電路時(shí)，應主要圍繞印刷電路板上星形地結構和火花隙的設計。對于靜電放電（ESD），在印刷電路板（PCB）設計中，采用火花放電隙，能夠削弱到達收發(fā)器和后續緩沖器電路的ESD能量，使用箝位二極管，能大大增強節點(diǎn)承受來(lái)自網(wǎng)絡(luò )連接端的ESD能力。對于電磁干擾，應盡量保證強噪聲源（如DC/DC變換器、時(shí)鐘電路等）遠離收發(fā)器FTT-10A。 2 LonWorks智能通信節點(diǎn)的軟件設計 在LON網(wǎng)程序設計中使用Neuron C語(yǔ)言。Neuron C是一種基于A(yíng)NSI C且帶有網(wǎng)絡(luò )通信和高級硬件設備接口擴展語(yǔ)句的高級不應該。它增加了對I/O、事件處理、消息傳遞和分散數據目標的支持，擴充了包括軟件定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò )變量、顯示消息、一個(gè)多任務(wù)調度程序以及其它各具特點(diǎn)的函數等。采用Neuron C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的應用程序，可直接在Lonbuilder神經(jīng)元仿真器上進(jìn)行調試，因此應用程序的開(kāi)發(fā)可獨立于硬件設計進(jìn)行。智能節點(diǎn)通信流程如圖3所示。
3 結論 實(shí)際運用證明，該智能通信節點(diǎn)能實(shí)現與其它多種常規智能節點(diǎn)（如模擬量I/O節點(diǎn)、開(kāi)關(guān)量I/O節點(diǎn)等）構成現場(chǎng)總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了RS-232-C/RS-485到LonWorks網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，保證了網(wǎng)絡(luò )接口的高速數據傳送。特別在當前樓宇自動(dòng)化DCS控制系統中，基于控制器串口的小型主從式RS-485控制網(wǎng)絡(luò )系統仍然應用得相當普遍。將Lonworks和RS-485兩種控制網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )集成，就可以充分發(fā)揮LonWorks技術(shù)在通信上的優(yōu)勢，構成節點(diǎn)的主從式RS-485網(wǎng)絡(luò )的分級混合控制網(wǎng)絡(luò )設計方案，因此有很高的推廣應用價(jià)值。 |
