基于神經(jīng)元芯片的遠程水溫監(jiān)控系統(tǒng)的設計
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1 Lonworks總線和神經(jīng)芯片
Lonworks控制網(wǎng)絡是當前最為流行的現(xiàn)場總線之一，它的核心是神經(jīng)元芯片(neuron chip)和LonTalk通信協(xié)議。LonTalk通信協(xié)議支持0SI／RM的所有七層模型，使得LON網(wǎng)絡與其他網(wǎng)絡有著良好的接口和兼容性。支持多種拓撲結(jié)構(gòu)，通信介質(zhì)可選雙絞線、電力線、紅外線、光纖、同軸電纜等媒介，使得網(wǎng)絡布線更加方便。應用程序采用面向?qū)ο蟮脑O計方法，通過網(wǎng)絡變量進行節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換，使網(wǎng)絡通信簡化為參數(shù)設置。
本系統(tǒng)中用到兩種關(guān)鍵部件。
(1)神經(jīng)芯片
神經(jīng)元(Neuron)芯片使用CMOS VLSI技術(shù)，允許運行價格低廉的控制網(wǎng)絡。其主要包括MCl43150和MCl43120兩大系列。神經(jīng)元芯片的主要特點是：
高度集成，所需要的外部部件較少；
3個8位的CPU，輸入時鐘可選擇的范圍10~625Hz；
片上存儲器；
11個可編程I／O引腳(有34種可選擇的工作方式)；
2個16位定時器／計數(shù)器；
15個軟定時器；
5個網(wǎng)絡通信端口，有3種方式可選擇(單端反射、差分方式和專用方式)；
固件包括符合0SI七層協(xié)議的LonTalk協(xié)議，I／0驅(qū)動程序和事件驅(qū)動多任務調(diào)度程序；
服務引腳用于遠程識別和診斷；
48位內(nèi)部Neuron ID用于唯一識別Neuron芯片；
在兩大系列中，3120芯片內(nèi)部包含E2PROM、RAM和ROM存儲器，而3150芯片內(nèi)部無ROM，但擁有訪問外部存儲器的接口，可根據(jù)實際情況靈活配置存儲器。
(2)收發(fā)器
提供神經(jīng)芯片與Lonworks網(wǎng)絡的物理通信接口。
2 水溫監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成及工作原理
本系統(tǒng)由監(jiān)控結(jié)點、執(zhí)行結(jié)點兩個結(jié)點組成。它們位于LON網(wǎng)絡的兩端，結(jié)構(gòu)如圖l所示。
本系統(tǒng)中選用單股雙絞線作為網(wǎng)絡介質(zhì)，收發(fā)器采用Echelon公司的FTT-10A型收發(fā)器，兩個節(jié)點間通過網(wǎng)絡變量進行通信．
在每個節(jié)點中，選用3150芯片外加一塊a2 KB的Flash存儲器芯片AT29C257來存儲應用程序、數(shù)據(jù)和通信協(xié)議等神經(jīng)芯片固件。神經(jīng)芯片和存儲器之間的連接如圖2所示。
監(jiān)控結(jié)點位于中心控制室，能顯示實時水溫，用戶通過它對遠端加熱裝置器進行水溫設置。監(jiān)控節(jié)點中神經(jīng)芯片的I／O部分電路如圖3所示。
在本電路中，用戶調(diào)節(jié)電位器來設置水溫；電位器上得到的電壓經(jīng)A／O轉(zhuǎn)換后變?yōu)镺~100之間的數(shù)，發(fā)往執(zhí)行結(jié)點，并在前兩個數(shù)碼管上顯示出來。執(zhí)行結(jié)點傳過來的實時水溫顯示在后兩個數(shù)碼管上。為了充分利用芯片的I／0口，使用移位計數(shù)器74HC595擴展I／O口，采用芯片的串行輸出功能，I／O8作為時鐘信號，I／09作為數(shù)據(jù)輸出口，I／06作為數(shù)據(jù)鎖存控制端．根據(jù)實際情況的需要可用液晶顯示屏替換8段數(shù)碼管。
執(zhí)行結(jié)點位于加熱器端，它檢測水溫井將數(shù)值發(fā)往監(jiān)控結(jié)點，接收監(jiān)控結(jié)點發(fā)來的控制溫度數(shù)據(jù)／根據(jù)情況啟動／停止熱水器工作。執(zhí)行節(jié)點中神經(jīng)芯片的I／O部分電路如圖4所示。
在本電路中，實時水溫由溫度傳感器檢測出，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后變?yōu)?~100之間的值，保存并發(fā)往監(jiān)控結(jié)點。神經(jīng)芯片把從監(jiān)控結(jié)點收到控制溫度值與檢測溫度值相比較，若檢測值小，則閉合繼電器，加熱器開始工作；若檢測值大，則斷開繼電器，加熱器停止工作。
為避免加熱器反復通斷電工作，可以設置一個可接受的溫度控制精度區(qū)間。本電路中設置為
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