現(xiàn)場(chǎng)總線水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)既要接收上位機(jī)發(fā)出的采集命令，命令標(biāo)準(zhǔn)傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)；又要把采集到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)LON總線送到上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行處理。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.1節(jié)點(diǎn)組成

節(jié)點(diǎn)由神經(jīng)元芯片Neuron3150、LONWORKS雙絞線、網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器、程序程序器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、十二位A/D轉(zhuǎn)換芯片AD1674等組成。其中，3150神經(jīng)元芯片選用TOSHIBA公司生產(chǎn)的TMPN3150；FLASHROM選用AT29C512；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）選用ISSI公司的IS61C256；Neuron3150芯片與LON總線的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)接口選用Echelon公司的自由拓?fù)湫褪瞻l(fā)器FTT10A，它是一種變壓器耦合收發(fā)器，可提供一個(gè)與雙絞線的無(wú)及性接口，且支持網(wǎng)絡(luò)的自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)采用最常用的雙絞線；A/D轉(zhuǎn)換芯片采用性價(jià)比較高的AD1674芯片，其轉(zhuǎn)換精度為1/2LSB，轉(zhuǎn)換速率為100kSPS，具備三態(tài)輸出緩沖區(qū)。

2.1.2存儲(chǔ)空間分配

Neuron3150芯片片內(nèi)存儲(chǔ)器的地址范圍為E800H～FFFFH，包含2KB的RAM（E800～EFFF）、0.5KB的EEPROM（F000～F1FF）、2.5KB的保留空間（F200～FBFF）和1KB的用于存儲(chǔ)器映像I/O的空間（FC00～FFFF）。外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器的地址由Neuron3150的地址引腳和控制引腳來(lái)確定：給FLASHROM分配的地址空間為0000～7FFF，其中，0000～3FFF的16KB空間用于系統(tǒng)固件（Firmware），系統(tǒng)固件實(shí)現(xiàn)了LonTalk協(xié)議，4000～7FFF的16KB空間用于用戶程序代碼；給RAM分配的地址空間為8000～E7FF的24KB地址空間；將E000～E7FF的2KB地址空間分配為外部設(shè)備的內(nèi)存映像I/O的空間。

2.1.3A/D轉(zhuǎn)換接口方案

本文在設(shè)計(jì)時(shí)曾考慮過(guò)使用Neuron芯片為A/D轉(zhuǎn)換電路提供串行I/O及并行I/O接口方式。然而串行I/O方式速度太慢；并行I/O方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)需要占用Neuron芯片全部11個(gè)I/O接口，同時(shí)還要編程實(shí)現(xiàn)Neuron芯片的握手/令牌傳遞算法，開(kāi)發(fā)費(fèi)用和難度比較高。因此本文將節(jié)點(diǎn)保留的E000～E7FF的2KB地址空間分配給A/D轉(zhuǎn)換芯片，作為AD1674的端口地址，采用內(nèi)存映像的方法直接讀取AD1674的數(shù)據(jù)。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，AD1674轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高8位地址為E002H，低4位數(shù)據(jù)地址為E003H。由于實(shí)現(xiàn)軟件沒(méi)有使用NeuronC的內(nèi)嵌函數(shù)，因此執(zhí)行速度得到大幅度的提升，實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)同樣采用AD1674轉(zhuǎn)換芯片的節(jié)點(diǎn)而言，采用這種方法設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)，采集速度超過(guò)了其它兩種方法設(shè)計(jì)的采集節(jié)點(diǎn)的采集速度，而且節(jié)省了Neuron芯片的全部11個(gè)I/O引腳。

3 系統(tǒng)通信程序的設(shè)計(jì)

3.1現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)通信程序

現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)向上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)首先發(fā)送到LONWORKS-ETHERNET互連適配器，該適配器實(shí)際上是一個(gè)特殊的LONWORKS節(jié)點(diǎn)，它把接收到的LON總線上的數(shù)據(jù)用UDP封裝，然后通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到上位機(jī)。

LONWORKS網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間的通信方式主要有兩種方式：網(wǎng)絡(luò)變量和顯式消息。使用網(wǎng)絡(luò)變量不必考慮消息的打包、發(fā)送以及接收問(wèn)題，可以大大簡(jiǎn)化編程，縮短應(yīng)用開(kāi)發(fā)周期，但每個(gè)周期變量的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度一經(jīng)確定就不能改變，且最多只有31字節(jié)。而顯式消息的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度則是靈活可變的，最長(zhǎng)可以是228字節(jié)，但實(shí)現(xiàn)方法更為復(fù)雜。鑒于水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求較高，同時(shí)需要提高足球場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的上傳速度，因此希望每一次傳送的報(bào)文包含盡量多的數(shù)據(jù)，因而在設(shè)計(jì)中采用顯示消息的方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，每個(gè)顯式消息報(bào)文攜帶134個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中的128個(gè)字節(jié)為傳送的數(shù)據(jù)，另外6個(gè)字節(jié)為附加信息。報(bào)文的幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。