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          基于雙口RAM的LonWorks智能通信節(jié)點設計

          作者: 時間:2011-07-20 來源:網(wǎng)絡 收藏

          摘要:介紹一種現(xiàn)場總線方法,并給出詳細的步驟、硬件及軟件實現(xiàn)。通過此,能夠完成RS-232-C/RS-485標準與LonTalk協(xié)議間的轉(zhuǎn)換提供RS-232-C/RS-485網(wǎng)絡到網(wǎng)絡的接口,因此,具有很高的應用價值。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/156018.htm

          引言

          LonWorks(Local Operating Networks,局部操作網(wǎng)絡)總線是由美國Echelon公司推出的一種現(xiàn)場總線技術。由于LonWorks控制網(wǎng)絡的開放性、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、能源等自動化領域。EIA RS-232-C/RS-485網(wǎng)絡在控制系統(tǒng)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。因此,需要將現(xiàn)場LON網(wǎng)絡介質(zhì)上的信息轉(zhuǎn)換為RS-232-C/RS-485標準的信號,或?qū)S-232-C/RS-485標準信號轉(zhuǎn)換為包含LonTalk協(xié)議的數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的數(shù)據(jù)傳輸,同時也為上位PC機、底層工作站提供轉(zhuǎn)換接口。本文所的LonWorks通信方便地與EIA RS-232-C/RS-485標準的串行I/O設備進行通信,輕松實現(xiàn)現(xiàn)場節(jié)點與上位PC機或其它RS-232-C/RS-485控制設備之間的可靠、準確、快捷數(shù)據(jù)傳遞。

          1 LonWorks智能通信節(jié)點的硬件結構

          1.1 節(jié)點硬件電路設計

          智能節(jié)點以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、、譯碼電路和service電路等。以神經(jīng)元芯片構成網(wǎng)絡接口,由它通過LonTalk協(xié)議與網(wǎng)上的其它智能節(jié)點通信,并通過的訪問實現(xiàn)與其它網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。節(jié)點中用雙口RAM充當不同網(wǎng)絡通信過程中現(xiàn)場信息的接收、發(fā)送緩沖區(qū),完成最近發(fā)送到達的交換數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能,緩解和避免系統(tǒng)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)絡協(xié)議固件、多任務調(diào)度程序、網(wǎng)絡適配器通信管理程序以及網(wǎng)絡配置信息等。節(jié)點的硬件組成結構如圖1所示。

          智能節(jié)點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(xiàn)場總線一側(cè),其基本功能是實現(xiàn)LON網(wǎng)絡上的智能節(jié)點功能;另一側(cè)是由單片機系統(tǒng)構成的串行通信接口,其功能是實現(xiàn)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(shù)據(jù)共享區(qū)。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(tǒng)連接,如圖2所示。雙口RAM的兩端都有獨立的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線,兩端都可對雙口RAM的任意單元進行操作。只要兩端不同時對同一地址單元進行操作就不會發(fā)生沖突。BUSY顯示本端口想要存取的地址正在被另一個端口操作,發(fā)生硬件沖突時,后操作一端的BUSY信號有效。 程序中,節(jié)點Neuron 3150側(cè)使用顯示報文通信,能有效實現(xiàn)智能節(jié)點與單片機進行雙向通信的功能。用Neuron C語言進行節(jié)點設計編程時,必須首先查詢IO_6和IO_7的內(nèi)容。定義兩個比特類型的輸入變量INTL和BUSYL,通過查詢這兩個變量的內(nèi)容來確定程序的運行流程。編程如下:

          在應用中分別對雙口RAM 1KB的存儲空間進行定義,即CY7C130的同一存儲單元對于Neuron3150芯片及8051單片機系統(tǒng)各有一個地址,這樣兩個系統(tǒng)均能對其進行存取操作。在智能節(jié)點中,Neuron3150芯片對1KB空間的地址為D000H~D3FFH。8051單片機系統(tǒng)對它的定義為0000H~03FFH。值得注意的是,CY7C130芯片3FFH和3FEH兩個單元被用作固定用途:當左端Neuron3150芯片向3FFH單元寫入數(shù)據(jù)時,將產(chǎn)生中斷信號INTR;同理,當右端8051單片機向3FEH單元寫入數(shù)據(jù)時,將產(chǎn)生中斷信號INTL。利用這兩個信號,可以將系統(tǒng)設置為中斷工作方式,達到節(jié)省通信時間的目的。由于雙向數(shù)據(jù)信息的交換,可以這樣來劃分雙口RAM存儲區(qū)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,并將同類但不同次的信息放在固定的存儲單元,每次都以新的數(shù)據(jù)覆蓋上次的數(shù)據(jù)。這樣就不必進行標志的判斷,只需要固定單元取數(shù)據(jù)就可以進行處理,既節(jié)省時間,又安全可靠。

          1.2 硬件的抗干擾

          Lon Works設備往往工作在復雜的電磁環(huán)境中,其自身各部分與周圍其它電子設備之間,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誤,延長硬件使用壽命,該通信節(jié)點在設計上結合LonWorks電路自身特點,采用有關接地、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,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(xù)緩沖器電路的ESD能量,使用箝位二極管,能大大增強節(jié)點承受來自網(wǎng)絡連接端的ESD能力。對于電磁干擾,應盡量保證強噪聲源(如DC/DC變換器、時鐘電路等)遠離收發(fā)器FTT-10A。

          2 LonWorks智能通信節(jié)點的軟件設計

          在LON網(wǎng)程序設計中使用Neuron C語言。Neuron C是一種ANSI C且?guī)в芯W(wǎng)絡通信和高級硬件設備接口擴展語句的高級不應該。它增加了對I/O、事件處理、消息傳遞和分散數(shù)據(jù)目標的支持,擴充了包括軟件定時器、網(wǎng)絡變量、顯示消息、一個多任務調(diào)度程序以及其它各具特點的函數(shù)等。采用Neuron C語言開發(fā)的應用程序,可直接在Lonbuilder神經(jīng)元仿真器上進行調(diào)試,因此應用程序的開發(fā)可獨立于硬件設計進行。智能節(jié)點通信流程如圖3所示。

          //*****包含文件*****

          #includestring.h>

          #includecontrol.h>

          //*****公共變量聲明*****

          #define Tlon_485 0xd000 //定義從LON網(wǎng)上所接收數(shù)據(jù)在雙口RAM存儲單元首址

          #defin T485_lon 0xd0200 //定義從單片機側(cè)所接收數(shù)據(jù)在雙口RAM存儲單元首址


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