0.导言
依据具有三个CPU且固化了LonTalk通讯协议的神经元（Neuron）芯片的智能节点模板，因为Neuron芯片是八位处理器,而且只供给了11个通用I/O口，并选用了依据事情巡检的软件调度机制，故其操控功用相对较弱,使它无法完结实时性高的多进程、多任务的并行处理，不能满意收集量和操控量要求较多的多现场设备管控的高要求，且性价比较低。要满意这种高要求，就要削减Neuron芯片在外部事情上的开支，让其充分发挥它在通讯组网上的优越性，能使现场设备之间快速地沟通讯息，满意体系实时监控的要求；而关于进步网络节点的测控才能，有必要另择门道。嵌入操控功用强、物美价廉的单片机，专门完结多节点的智能测控，构成一种依据AT89C2051单片机的VCN-MIO（多I/O）智能节点模板，不失为一种上乘的较佳挑选，本文介绍它的电路规划。
1.VCN-MIO智能节点模板的总体规划
VCN-MIO智能节点模板，以包括Neuron芯片在内的TP/FT-10F闪控模块和AT89C2051单片机为中心，选用规范的操控网络协议LonTalk，完成了真实的对等层点到点通讯的分布式操控网络。其总体规划如图1所示。图中，A为8路AI、6路DO；B为网络、直流电压与沟通源接口；C、D、E别离为扩大模块的I/O端口，其功用由扩大I/O模块界说，可以依据工程实践需求灵敏装备。
图1 VCN-MIO智能节点模板总体规划
(*我国高等教育学会“十一五”教育科学规划课题（同意号：06AIP0090046）；江苏省教育科学“十一五”规划2006年度课题(立项编号:179); 山东省教育科学“十一五”规划2006年度课题(立项编号:115GG41); 黑龙江省教育科学“十一五”规划2006年度课题(同意编号:HGG027)；黑龙江省教育厅2006年科学技能研讨方案项目（项目编号：11513037）；朱静(1966-),女，江苏淮安人，副教授，高工。研讨方向：机电工程操控)
2．TP/FT-10F 主控中心模块电路规划
主操控模块供给了一种简略、有用的方法将LonWorks技能运用到任何操控体系中。本规划操控模块存储器选用 FLASH EPROM，它可以在掉电的情况下确保数据不丢掉，一起在上电的情况下还可以对它进行可重复擦写1000次的数据写操作，在FLASH EPROM中，ATMEL公司的AT89C512 与MC143150 的时序合作最为适宜，存储空间以64K为首选。收发器选用 FTT-10A，它在未加电时呈现高阻状况，不会影响网络通讯。FTT-10A 与神经元芯片3150的接口电路如图2所示。
图2中，Cl 是静态放电电容，在需求的情况下，要尽可本领高压，电容值偏小，如 1000pF；C2 是供电电源的解耦电容，一般选用0.1uF/5V解藕电容；C3、C4为DC模块电容，取值为22uF/50V；二极管为电容暂态限幅，确保收发器静态放电安全可靠，主张运用 IN4148或 BAV99。图3所示操控模块的左边18插脚别离与神经元芯片的11个I/O、RESET、SERV%&&&&&%E、电源及接地引脚等直接相连，右侧6个插脚与图2的Net1、Net2直接相连。
图2 FTT-10A 与神经元芯片3150的接口电路
图3 TP/FT-10F操控模块结构图
3 VCN-MIO底板与扩展模块的电路规划
3.1单片机AT89C2051与神经元芯片MC143150的接口电路规划
底板的结构规划用来摆放中心模块和扩展模块，并给各个扩展模块供给电源，一起底板又是一个8路AI/6路DO的根底板。中心模块和扩展模块、中心模块与底座的通讯即神经元芯片与单片机AT89C2051芯片通讯选用的是SPI方法，如图4所示，因为神经元芯片的IO口不多，故选用串行方法。SPI接口是一种同步全双工串行外围接口，杰出长处是在运用最少的微操控器引脚的前提下，完成相对高速的短程通讯。神经元芯片供给Neurowire目标完成SPI方法通讯，IO8、IO9、IO10别离是同步时钟、数据输出、输入；IO0-IO7恣意一个可作为片选。
图4单片机AT89C2051与神经元芯片MC143150的接口电路
3.2输入输出接口电路规划
数字量输出模块选用达林顿阵列ULN2003集电极开路输出，最大电压50V，最大吸收峰值电流500mA，最大压降1.2V。但ULN2003芯片功耗为:PD=（最大结温－作业温度）/73。
当最大结温取150℃，作业温度取40℃时，PD=1.5W，主张不要超越1W。因为每块达林顿阵列ULN2003用了5路，即每路0.2W，当均匀压降取1V时，每路额外吸收电流则仅为200mA。输入可选用干触点输入或许电压输入。为了简化电路和电源，选用二极管阻隔方法。干触点接通时要求触摸电阻不大于500Ω，呼应时刻可达2ms，经过触点的电流不大于1mA；干触点断开时，触点的电压不大于5V，要求触点断开电阻不小于30KΩ。电压输入，高电平＋3V～+30V，低电平0～＋1V，脉冲呼应时刻可达2ms。数字量输入输出接口电路如图5所示。
图5 数字量输入输出接口电路
模仿信号部分电路相对杂乱，针对沟通输入和直流输入别离规划了不同的检测滤波电路。图6为模仿信号收集电路，适用于直流电压、电流信号输入，可经过软件调整量程。AD7705是AD公司出品的适用于低频丈量仪器的AD转化器。它能将从传感器接收到的很弱的输入信号直接转化成串行数字信号输出，而无需外部外表放大器。选用Σ-Δ的ADC，完成16位无误码的杰出功用，片内可编程放大器可设置输入信号增益。
图6 模仿信号收集电路
图7为模仿量输出电路，DAC7513是低功耗、单信道、12位缓冲电压输出D/A转化器(DAC)。芯片内含精细输出放大器，使(rail-to-rail)轨对轨输出成为可能。它选用通用三线串行接口，操作时钟频率高达30MHz，与规范接口兼容。DAC7513集成了上电复位电路，上电时输出电压为0V并保存此状况直到发生对器材有用的写，包括掉电特性，在完毕串口拜访后，电流耗费可降为200nA(5V)。DAC7513的功耗为0.5mW(5V)，掉电方式均降为1μW。
图7 模仿量输出电路
4 节点毛病确诊和抗搅扰规划
4.1 毛病确诊战略流程
在节点开发进程中，毛病的呈现是不可避免的。在呈现毛病后能敏捷的确诊毛病地点，而且及时地进行批改，是每个开发人员面对的共同任务。而在毛病的确诊中，具有一个好的战略流程，能有用的辅导开发人员有次序的有逻辑的进行毛病定位。图8就是一个根本完好的战略流程图。
图8 节点毛病确诊流程
4.2 电磁抗搅扰规划
关于体系板上的数字芯片，因为3150 运转的作业频率大约为10MHz，作业频率高，高速跳变电流会发生较大的阻抗噪声。为了按捺这种噪声的影响，需求在芯片的电源引脚和接地引脚之间增加去耦电容，以经过电容的充放电来安稳电流量；在信号传输频率高的当地，尽量运用小的解耦电容。在电路板规划的时分，选用四层电路板规划方案，可以削减电磁搅扰；在电路板布线时，应尽量缩短存储芯片的数据线、地址线及操控线的走线间隔，以削减对地%&&&&&%；要坚持多条地址线之间走线间隔的一致性，不然各线会因走线间隔不同而形成较大的阻抗差异，使抵达终端的地址信号波形相差过大，终究导致操控信息失效。此外，数字芯片的未用输入端不该处于浮空状况，而应将其接入高电平，以避免电磁搅扰窜入开路的输入端，引起逻辑电路的误动作。
4.3 静态放电(ESD)影响处理
ESD是在电子使用中常常遇到的问题。削减ESD带来的影响一般有两种处理的方法。首要，把灵敏设备用电磁套包装起来，使ESD不能抵达灵敏设备。接地可以为各电路的作业供给基准电位，但一起也为不同电路的噪声信号供给了一条耦合途径。因为本体系板上既具有模仿通讯接口、A/D 转化等模仿电路，也具有存储体系等数字电路，因此采取了模仿、数字电路单元内部别离接模仿地和数字地，最终再将两条地线接至一点的办法。这样便在最大程度上降低了两种电路间地线的公共阻抗，削减了两种电路间的噪声信号的互扰。
5 结语
本文规划了依据AT89C2051单片机的VCN-MIO智能节点模板结电路规划，单片机作为主处理器担任数据收集处理部分的作业，而Neuron芯片专门担任通讯功用。这样处理的最大优点是进步了数据处理的才能，提升了节点的功用。现场的信号主要是数字量和模仿量两种，故针对每种信号的特色别离规划了输入输出电路，值得着重的是VCN-MIO这种节点的结构组织，即一个中心操控模块配带一些扩展模块，端口的数量可以灵敏装备，端口的方式也可以灵敏装备。现在已开发出具有44路I/O节点的高功用智能模板，并已将其使用于第十届“挑战杯”全国大学生课外学术科技比赛著作“现代化立体车库的长途智能网络管控体系”制造，效果显著。试验标明，该多I/O智能节点模板的智能节点数大大增多；通讯、操控调度、实时性、可靠性大大增强；性价比大大进步；可以满意现在现代工业进程操控范畴杂乱测控体系的高要求。
参考文献：
[1] 陈岚等. 多处理器结构的LonWorks网络智能操控器规划与完成[J].小型微型计算机体系.2003，24（12）
[2] 马莉.智能操控与Lon网络开发技能[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.
[3] Echelon Co.The 1995 Echelon LonWorks Products DataBook.Echelon Corporation. [J]1995：8-12
[4] 姚胜兴.LonWorks现场总线技能在楼宇自动化体系的使用研讨[J].湖南大学.硕士学位论文. 2005
[5] 凌志浩.从神经元芯片到操控网络[M].北京.北京航空航天大学出版社，2003
[6] Echelon Co.Parallel I/O Interface to the Neuron Chip[Z]. January,1999
[7] Echelon Co.Neuron C Programmer’s Guide.Echelon Corporation[Z],1995
[8] 裴立云、高安邦等.依据LonWorks（局域网）的现代智能测控体系立异试验规划[J]. 哈尔滨:电脑学习,NO.6,2006
[9]高安邦等.“LonWorks”现场总线技能总述[J]. 哈尔滨:电脑学习,NO.5,2006
[10]段曙彬,高安邦. LON智能节点开发与组网研讨[J]. 哈尔滨: 哈尔滨理工大学学报,NO.1, 2006
[11]智淑亚,高安邦,杨帅. LonWorks现代智能测控体系的开发使用规划[J].哈尔滨:电脑学习,NO.1,2006 [12]智淑亚,段曙彬,高安邦.依据Neuron芯片的智能调光节点开发[J]. 哈尔滨:电脑学习,NO.6,2005
