Lon總線多點I/O智能節(jié)點的開發(fā)

摘要：介紹了智能節(jié)點在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的重要性，給出了擴展智能節(jié)點的I/O點數(shù)的方法和電路原理圖以及采用該智能節(jié)點組建的基于Lonworks技術的現(xiàn)場總線控制設備的應用實例。

    關鍵詞：Lonworks 智能節(jié)點 I/O擴展

Lonworks現(xiàn)場總線由美國Echelon公司于1993年推出，由于其開放的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、標準的網(wǎng)絡通信協(xié)議、豐富的介質接口模板、支持多種介質之間相互通信等特點，在工業(yè)控制領域得到了廣泛響應。目前已有多種支持Lonworks技術的芯片，Echelon公司的神經(jīng)元芯片NeuronC31是一種集3個8位CPU及網(wǎng)絡通信協(xié)議（LonTalk協(xié)議）為一體的芯片。采用該芯片構成的智能節(jié)點在Lonworks現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡中起著舉足輕重的作用，它能使現(xiàn)場設備之間相互通信，快速地交換信息，以滿足系統(tǒng)實時監(jiān)控的要求。但由于3150神經(jīng)元芯片只提供11個通用I/O口，不能滿足采集量和控制量要求較多的現(xiàn)場設備的要求，因此研究和開發(fā)基于神經(jīng)元芯片的多點I/O的智能節(jié)點，是一項有意義的工作。

1 NeuronC3150神經(jīng)元芯片的特點

NeuronC芯片既是Lonworks技術的核心也是智能節(jié)點的核心，目前由Toshiba和Motorola兩家公司生產，主要包括NeuronC3150和NeuronC3120兩種系列。3150芯片中包括E2PROM和RAM存儲器，同3120芯片區(qū)別在于它無內部ROM，但具有訪問外部存儲器的接口，尋址空間可達64Kbyte。從這一點來說，3150比3120在節(jié)點開發(fā)上具有更好的靈活性。3150芯片內部帶有3個8位微處理器：一個用于鏈路層的控制，另一個用于網(wǎng)絡層的控制，第三個用于執(zhí)行用戶的應用程序。該芯片還包含11個I/O口和完整的LonTalk通信協(xié)議，它同時具有通信和控制功能。

2 基于神經(jīng)元芯片智能節(jié)點的開發(fā)方法

基于神經(jīng)元芯片開發(fā)的智能節(jié)點具有結構簡單、成本低等優(yōu)勢，其開發(fā)方法可分為兩種：（1）基于控制模塊的硬件設計方法。采用這一方法的優(yōu)勢是可縮短產品的開發(fā)周期，因為控制模塊通常都集成了神經(jīng)元芯片、Flash程序存儲器、收發(fā)器以及RAM等，用戶只需設計自己的應用電路即可完成節(jié)點開發(fā)。（2）基于收發(fā)器的硬件電路設計方法。采用這一方法可以降低節(jié)點成本，提高節(jié)點的市場競爭力，但是這一方法需要在考慮應用電路設計的同時考慮神經(jīng)元芯片與Flash存儲器及RAM的接口電路，這對于電路板的設計加工及生產工藝的要求都較高。

3 智能節(jié)點的電路設計

節(jié)點采用主、背板結構。主板上集成有控制電路、通信電路和其他附加電路，其結構圖如圖1。背板設計為兩種多點I/O模塊（包括多點數(shù)字I/O模塊和多點模擬I/O模塊）。主、背板之間采用統(tǒng)一標準的20針接口。采用主、背板結構設計法，使得此智能節(jié)點的應用領域更為廣泛，適應性、通用性和功能都大大增強，對于節(jié)點應用程序的開發(fā)也更為靈活。

3.1 主板電路設計

3.1.1 控制電路

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