基于雙口RAM的LonWorks智能通信節(jié)點設計

摘要：介紹一種基于雙口RAM的LonWorks現(xiàn)場總線智能通信節(jié)點的設計方法，并給出詳細的設計步驟、硬件及軟件實現(xiàn)。通過此LonWorks智能通信節(jié)點，能夠完成RS-232-C/RS-485標準與LonTalk協(xié)議間的轉換提供RS-232-C/RS-485網絡到LonWorks網絡的接口，因此，具有很高的應用價值。 關鍵詞：現(xiàn)場總線 LonWorks 智能節(jié)點 神經元芯片 雙口RAM 引言 LonWorks(Local Operating Networks，局部操作網絡)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通信網絡在控制系統(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網絡。因此，需要將現(xiàn)場LON網絡介質上的信息轉換為RS-232-C/RS-485標準的信號，或將RS-232-C/RS-485標準信號轉換為包含LonTalk協(xié)議的數(shù)據，從而實現(xiàn)不同網絡間的數(shù)據傳輸，同時也為上位PC機、底層工作站提供轉換接口。本文所設計的LonWorks 智能通信節(jié)點方便地與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神經元處理器芯片為核心，其硬件電路還包括收發(fā)器、EEPROM、雙口RAM、譯碼電路和service電路等。以神經元芯片構成網絡接口，由它通過LonTalk協(xié)議與網上的其它智能節(jié)點通信，并通過雙口RAM的訪問實現(xiàn)與其它網絡系統(tǒng)的數(shù)據交換。節(jié)點中用雙口RAM充當不同網絡通信過程中現(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)據的存儲轉發(fā)功能，緩解和避免系統(tǒng)緩存緊張和瓶頸的產生。用非易失性存儲器EEPROM 存放LonTalk網絡協(xié)議固件、多任務調度程序、網絡適配器通信管理程序以及網絡配置信息等。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神經元芯片主構成的LonWorks現(xiàn)場總線一側，其基本功能是實現(xiàn)LON網絡上的智能節(jié)點功能;另一側是由單片機系統(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。 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)據時，將產生中斷信號 INTR;同理，當右端8051單片機向3FEH單元寫入數(shù)據時，將產生中斷信號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)據覆蓋上次的數(shù)據。這樣就不必進行標志的判斷，只需要固定單元取數(shù)據就可以進行處理，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網程序設計中使用Neuron C語言。Neuron C是一種基于ANSI C且?guī)в芯W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)據目標的支持，擴充了包括軟件定時器、網絡變量、顯示消息、一個多任務調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神經元仿真器上進行調試，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。

程序中，節(jié)點Neuron 3150側使用顯示報文通信，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容來確定程序的運行流程。編程如下： //*****包含文件***** #include #include //*****公共變量聲明***** #define Tlon_485 0xd000 //定義從LON網上所接收數(shù)據在雙口RAM存儲單元首址 #defin T485_lon 0xd0200 //定義從單片機側所接收數(shù)據在雙口RAM存儲單元首址 IO_6 input bit INTL;//定義IO_6,IO_7為比特類型的輸入變量 IO_7 input bit BUSYL; Msg_tag tag_out1; //定義輸出消息標簽 //****系統(tǒng)主程序********priority when(msg_arrives)//顯示網絡消息事件 {unsigned int *p; //存儲從LON網上接收的數(shù)據 int i; p=(unsigned int*)(Tlon_485); for(i=0;I<30;i++) {*p=msg_in.data[i]; p++; } } } when(io_in(INTL)= =0)//當單片機側有數(shù)據時申請中斷 {when(io_in(BUSYL)= =1) {unsigned int*u; int j; u=(unsigned int*)(T485_lon); msg_out.code=1; msg_out.tag=tag_out1; for(j=0;j<30;j++) {msg_out.data[j]=*u; u++; } msg_send();//向LON網其它相關節(jié)點發(fā)送數(shù)據 } } 圖3 3 結論 實際運用證明，該智能通信節(jié)點能實現(xiàn)與其它多種常規(guī)智能節(jié)點(如模擬量I/O節(jié)點、開關量I/O節(jié)點等)構成現(xiàn)場總線控制網絡，實現(xiàn)了RS-232-C /RS-485到LonWorks網絡網關的關鍵技術，保證了網絡接口的高速數(shù)據傳送。特別在當前樓宇自動化DCS控制系統(tǒng)中，基于控制器串口的小型主從式RS-485控制網絡系統(tǒng)仍然應用得相當普遍。將Lonworks和RS-485兩種控制網絡進行網絡集成，就可以充分發(fā)揮LonWorks技術在通信上的優(yōu)勢，構成節(jié)點的主從式RS-485網絡的分級混合控制網絡設計方案，因此有很高的推廣應用價值。