Lon總線多點(diǎn)I/O智能節(jié)點(diǎn)的開發(fā)

摘要：介紹了智能節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的重要性，給出了擴(kuò)展智能節(jié)點(diǎn)的I/O點(diǎn)數(shù)的方法和電路原理圖以及采用該智能節(jié)點(diǎn)組建的基于Lonworks技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制設(shè)備的應(yīng)用實(shí)例。

    關(guān)鍵詞：Lonworks 智能節(jié)點(diǎn) I/O擴(kuò)展

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

1 NeuronC3150神經(jīng)元芯片的特點(diǎn)

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

2 基于神經(jīng)元芯片智能節(jié)點(diǎn)的開發(fā)方法

基于神經(jīng)元芯片開發(fā)的智能節(jié)點(diǎn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)，其開發(fā)方法可分為兩種：（1）基于控制模塊的硬件設(shè)計(jì)方法。采用這一方法的優(yōu)勢(shì)是可縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，因?yàn)榭刂颇�塊通常都集成了神經(jīng)元芯片、Flash程序存儲(chǔ)器、收發(fā)器以及RAM等，用戶只需設(shè)計(jì)自己的應(yīng)用電路即可完成節(jié)點(diǎn)開發(fā)。（2）基于收發(fā)器的硬件電路設(shè)計(jì)方法。采用這一方法可以降低節(jié)點(diǎn)成本，提高節(jié)點(diǎn)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，但是這一方法需要在考慮應(yīng)用電路設(shè)計(jì)的同時(shí)考慮神經(jīng)元芯片與Flash存儲(chǔ)器及RAM的接口電路，這對(duì)于電路板的設(shè)計(jì)加工及生產(chǎn)工藝的要求都較高。

3 智能節(jié)點(diǎn)的電路設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)采用主、背板結(jié)構(gòu)。主板上集成有控制電路、通信電路和其他附加電路，其結(jié)構(gòu)圖如圖1。背板設(shè)計(jì)為兩種多點(diǎn)I/O模塊（包括多點(diǎn)數(shù)字I/O模塊和多點(diǎn)模擬I/O模塊）。主、背板之間采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的20針接口。采用主、背板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法，使得此智能節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，適應(yīng)性、通用性和功能都大大增強(qiáng)，對(duì)于節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序的開發(fā)也更為靈活。

3.1 主板電路設(shè)計(jì)

3.1.1 控制電路

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