Lonworks现场总线由美国Echelon公司于1993年推出,由于其敞开的网络操作体系、规范的网络通讯协议、丰厚的介质接口模板、支撑多种介质之间彼此通讯等特色,在工业操控范畴得到了广泛呼应。现在已有多种支撑Lonworks技能的芯片,Echelon公司的神经元芯片NeuronC3150是一种集3个8位CPU及网络通讯协议(LonTalk协议)为一体的芯片。选用该芯片构成的智能节点在Lonworks现场总线操控网络中起着无足轻重的效果,它能使现场设备之间彼此通讯,快速地交流信息,以满意体系实时监控的要求。但由于3150神经元芯片只供给11个通用I/O口,不能满意收集量和操控量要求较多的现场设备的要求,因而研讨和开发根据神经元芯片的多点I/O的智能节点,是一项有意义的作业。
1 NeuronC3150神经元芯片的特色
NeuronC芯片既是Lonworks技能的中心也是智能节点的中心,现在由Toshiba和Motorola两家公司出产,首要包含NeuronC3150和NeuronC3120两种系列。3150芯片中包含E2PROM和RAM存储器,同3120芯片的差异在于它无内部ROM,但具有拜访外部存储器的接口,寻址空间可达64Kbyte。从这一点来说,3150比3120在节点开发上具有更好的灵敏性。3150芯片内部带有3个8位微处理器:一个用于链路层的操控,另一个用于网络层的操控,第三个用于履行用户的使用程序。该芯片还包含11个I/O口和完好的LonTalk通讯协议,它一起具有通讯和操控功用。
2 根据神经元芯片智能节点的开发办法
根据神经元芯片开发的智能节点具有结构简略、本钱低一级优势,其开发办法可分为两种:(1)根据操控模块的硬件规划办法。选用这一办法的优势是可缩短产品的开发周期,由于操控模块一般都集成了神经元芯片、Flash程序存储器、收发器以及RAM等,用户只需规划自己的使用电路即可完结节点开发。(2)根据收发器的硬件电路规划办法。选用这一办法可以下降节点本钱,进步节点的市场竞争力,可是这一办法需求在考虑使用电路规划的一起考虑神经元芯片与Flash存储器及RAM的接口电路,这关于电路板的规划加工及出产工艺的要求都较高。
3 智能节点的电路规划
节点选用主、背板结构。主板上集成有操控电路、通讯电路和其他附加电路,其结构图如图1。背板规划为两种多点I/O模块(包含多点数字I/O模块和多点模仿I/O模块)。主、背板之间选用统一规范的20针接口。选用主、背板结构规划法,使得此智能节点的使用范畴更为广泛,适应性、通用性和功用都大大增强,关于节点使用程序的开发也更为灵敏。
3.1 主板电路规划
3.1.1 操控电路
操控电路首要由神经元芯片,主背板接口电路和片外存储器等组成。各%&&&&&%功用如下:
(1)神经元芯片选用Toshiba公司出产的3150芯片,它首要用于供给对节点的操控、实施与Lon网的通讯、支撑对现场信息的输入输出等使用服务。
(2)片外存储器 选用Atmel 公司出产的AT29C256(FLASH存储器)。AT29C256共有32K字节的地址空间,其间低16K字节空间用来寄存神经元芯片的固件(包含LonTalk协议等)。高16字节空间作为节点使用程序的存储区。选用ISSI公司出产的IS61C256作为神经元芯片的外部RAM.。
(3)主、背板接口电路 用于主板与多点I/O模块的电气衔接。
3.1.2 通讯电路
通讯电路的中心——收发器是智能节点与Lon网之间的接口。现在,Echelon公司和其他开发商均供给了用于多种通讯介质的收发器模块。本智能节点选用Echelon公司出产的适用于双绞线传输介质的FTT-10A收发器模块。
3.1.3 附加电路
附加电路首要包含晶振电路、复位电路和Service电路等。
晶振电路为3150神经元芯片供给作业时钟。
复位电路用于在智能节点上电时发生复位操作。别的,节点还将一个低压中止设备与3150的Reset管脚相连,构成对神经元芯片的低压保护规划,进步节点的可靠性和安稳性。
Service电路是专为下载使用程序的电路,Service指示灯对确诊神经元芯片固件状况有指示效果。
3.2 I/O扩展电路规划
3150神经元芯片包含11个通用口,用户可根据不同的需求进行灵敏装备,以便于同外部设备进行接口。关于输入和输出(I/O)数量需求较大的外围设备,11个I/O口明显不能满意。尽管可以依托添加节点数量来满意外围要求,可是这样做不只本钱价格高并且添加了设备的作业量,保护也不便利。因而,经过添加外围电路完成I/O 扩展,成为多点I/O智能节点开发的重要部分。I/O 扩展规划包含多点模仿模块规划和多点数字模块规划。
3.2.1 多点模仿模块规划
多点模仿模块主电路图如图2。TLC2543是支撑SPI串行总线的11路模仿通道的12位逐次迫临型模/数转化器。CS(Pin 15)片选信号端接IO0;DATA INPUT(Pin 17)为串行数据输入,其间四位串行地址用来挑选下一个被转化的模仿通道或测验电压寄存器;DATA OUTPUT(Pin 16)输出模/数转化的成果; CLK是坚持模/数转化正常作业的时钟。值得留意的是,时钟信号频率较高,任何一点搅扰都或许影响模块的正常作业。在CLK上串联或并联一支电阻可以起到很明显的抗搅扰效果,确保模/数模块的安稳。(本模块中, CLK接IO8,DATA INPUT接IO9,DATA OUTPUT接IO10)。TLC2543还有一个特色:IO9输入数据的一起,IO10输出的是上一次模/数转化的值,因而在编写NeuronC源程序时要留意模/数转化的时序。选用两支旁路电容:一支47μF电解电容,对低频起滤波效果;另一支为0.1μF,对高频起滤波效果。此模/数模块没有选用电压基准,故在模/数芯片的参阅电压边上接了一支0.1μF%&&&&&%,用以去除高频搅扰。
3.2.2 多点数字模块规划
多点数字模块首要包含:输入部分、输出部分、双向I/O三部分。经过扩展,模块具有16路数字输入通道、15路数字输出通道和3路双向I/O通道。
(1)输入部分 选用两片8选1数据挑选器74LS151级联,并将NeuronC3150的IO0～IO3界说为Nibble Output方法,即半字节输出方法; IO4界说为Bit Input方法,即位输入方法。IO0～IO3作为16路输入通道的地址选通讯号,与74LS151的地址输入端相连。IO4作为数字信号进口,与74LS151的输出端衔接。(详细电路如图3)下面的NeuronC源程序可完结对16路数字通道的守时扫描,守时时刻为1s:
IO_0 output nibble io_mselect;//界说半字节输出IO
IO_4 input bit io_tmp; // 界说位输入IO
Stimer repeating t_circle=1 ; // 界说并初始化守时器
When (timer_expires(t_circle))
{ int i ;bit I_num ,temp[15];//界说循环变量通道状况数组初始化通道号
for(i=0;i<16;i++)
{ io_out(io_mselect,I_num) // 写通道号
temp[i]=(io_in(io_tmp)==ON)?1:0)}} // 读通道状况并存入状况数组
(2)输出部分 如图4,输出部分由两片8位移位寄存器74LS164和两片74LS373锁存器组成。164的功用是将NeuronC I/O口的15位串行帧输出转化为15路并行信号输出。373锁存器的效果是使164的15路输出在电平转化后加以坚持,直至下一次电平转化。为了满意15路并行输出的要求,在时序上需求使两片373严厉同步。因而在硬件上添加了非门和RC电路,对两片373的使能信号加以和谐。经过试验,证明此电路可以彻底满意规划要求。在NeuronC源程序中将IO8 、IO9界说为Serial Output方法 ,即串行输出方法。其间IO8输出时钟信号,IO9输出串行数据。IO7界说为Bit Output方法,即位输出方法,作为164的清零端。
(3)双向I/O部分为了使用户对此智能节点的二次开发更为灵敏、便利,咱们在多点数字模块上规划了三个双向I/O口(IO5、IO6、IO10)。用户可根据自己的需求,使用模块上的拨动开关进行输入、输出切换。
需求留意的是,为了进步智能节点的抗搅扰才能,在输入、输出电路中均选用了光电耦合器进行电气阻隔。特别在输出端加入了三极管功率放大电路以便驱动外部继电器。
水电厂中的水利机组操控体系中有很多参量需求丈量和操控(包含模仿量和数字量),如调速器开关、灭磁信号、主阀开关、冷却水泵、励磁投入信号、锁锭操控等。因而,体系对I/O口的需求量较大,传统的智能节点远远不能满意要求。而咱们经过对多点I/O智能节点的开发,成功地研制出WSTA2000小型水利机组归纳自动化设备。此设备已在水电厂中投入使用,运转状况杰出。
