（海思研發(fā)部供稿）
關(guān)鍵詞：LonWorks，LonWorks開發(fā)，LonWorks技術(shù)，控制網(wǎng)絡(luò)
一、LonWorks技術(shù)概述
工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)迅猛發(fā)展，取代傳統(tǒng)的集中式控制系統(tǒng)已成為必然趨勢。LonWorks技術(shù)是美國ECHELON公司在上世紀(jì)90年代研發(fā)的先進(jìn)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。LonWorks以其杰出的分布式處理能力、開放性、互操作性、多媒介適應(yīng)能力以及多網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等特性，適應(yīng)了未來發(fā)展對測控網(wǎng)絡(luò)的要求，成為眾多現(xiàn)場總線技術(shù)中的佼佼者。
LonWorks技術(shù)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)集成在一片神經(jīng)元芯片中，并在該芯片內(nèi)固化了LonTalk通信協(xié)議。該協(xié)議遵循ISO標(biāo)準(zhǔn)，可用雙絞線、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波、紅外等多種媒介進(jìn)行通信。另外，LonTalk協(xié)議采用可預(yù)測“載波監(jiān)聽多路訪問”（CSMA）來解決網(wǎng)絡(luò)通信的瓶頸問題，通信速度可達(dá)1.25Mb/s或78kb/s，通信長度可達(dá)2700m。在LonWorks技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)通信采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，引入“網(wǎng)絡(luò)變量”，使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡化為參數(shù)設(shè)計(jì)。LonWorks技術(shù)還具有真正的互操作性。目前，LonWorks技術(shù)已廣泛應(yīng)用于樓宇、工業(yè)、能源、交通、電力 等眾多的自動(dòng)化領(lǐng)域。
實(shí)現(xiàn)LonWorks測控網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵是LonWorks智能節(jié)點(diǎn)的開發(fā)。本文提出了兩種LonWorks頻率采集節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，并對二者的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了綜合比較。
二、LonWorks智能節(jié)點(diǎn)描述
LonWorks智能節(jié)點(diǎn)的核心處理器神經(jīng)元芯片是NEURON 3120或NEURON3150.神經(jīng)元芯片具有獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)即：芯片內(nèi)部集成了三個(gè)CPU,CPU-1是介質(zhì)訪問控制器，CPU-2是網(wǎng)絡(luò)處理器，二者共同完成節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信功能，CPU-3是應(yīng)用處理器，主要負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶編寫的代碼以及用戶代碼調(diào)用的操作系統(tǒng)命令。
典型的LonWorks智能節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)有兩種類型：
1、以NEURON芯片為核心的節(jié)點(diǎn)，NEURON芯片既處理用戶應(yīng)用又負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信，如圖1（a）所示；
2、采用MIP結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)，NEURON芯片只充當(dāng)通信處理器，節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序由主處理器來執(zhí)行，如圖1（b）所示.
ECHELON公司將雙較線收發(fā)器FTT-10A與原有的神經(jīng)元芯片集成在一起推出了雙較線智能收發(fā)器FT3150、FT3120芯片，節(jié)省了用戶在外圍電路設(shè)計(jì)上所花費(fèi)的時(shí)間，不僅降低了節(jié)點(diǎn)的開發(fā)難度和開發(fā)成本，而且提高了節(jié)點(diǎn)的抗干擾性。此外FT3150、FT3120芯片還支持更高的輸入時(shí)鐘，最高輸入時(shí)鐘可達(dá)40M赫茲，大大提高了整個(gè)芯片的處理速度。
三、基于神經(jīng)元芯片的頻率采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
LonWorks是專用于工業(yè)測控領(lǐng)域的控制網(wǎng)絡(luò)，為了方便使用NEURON芯片的11個(gè)I/O口可以通過編程定義為34種應(yīng)用對象。其中周期輸入對象、脈沖計(jì)數(shù)對象和總數(shù)輸入對象都可對現(xiàn)場頻率信號(hào)進(jìn)行測量。下面分別給出這三類IO對象的簡單應(yīng)用:
1、周期輸入對象可測量輸入信號(hào)兩個(gè)上升沿或兩個(gè)下降沿之間的時(shí)間間隔簡單應(yīng)用如下：
2、當(dāng)FT3150采用10M晶振時(shí)周期輸入對象的分辨率是25.6us,脈沖計(jì)數(shù)輸入對象可通過技術(shù)0.8388608s時(shí)間內(nèi)的輸入邊沿，測量輸入信號(hào)的平均頻率，簡單應(yīng)用如下：
3、總數(shù)輸入對象通過定時(shí)計(jì)數(shù)器記錄輸入信號(hào)的上升沿或下降沿跳變總數(shù)，當(dāng)FT3150采用10M晶振時(shí)輸入信號(hào)的最大頻率是2.5M赫茲。
簡單應(yīng)用如下：
一種簡單的頻率測量實(shí)現(xiàn)方法就是利用以上三種IO對象來實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。
8選1多路模擬開關(guān)CD4051通過IO_0~IO_4與FT3150相連，F(xiàn)T3150可以定義IO_0~IO_7相鄰的4個(gè)IO口作為半字節(jié)IO對象用來進(jìn)行通道選通，我們選用IO_0~IO_3來實(shí)現(xiàn)此功能，半字節(jié)IO對象的定義如下：IO_0 output nibbleio_select;IO_4為測量信號(hào)輸入腳。
此類節(jié)點(diǎn)可以對8路頻率信號(hào)進(jìn)行采集，具有易簡單，體積小等特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是由于受NEURON芯片自身特性的限制只適用于輸入信號(hào)頻率較低的場合。
四、基于多處理器模式（MIP模式）的頻率采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
針對測量頻率較高的場合，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)可采用多處理器模式，用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行頻率測量，F(xiàn)T3150專職負(fù)責(zé)處理LonWorks網(wǎng)絡(luò)通信。輸入頻率信號(hào)經(jīng)過限幅或放大等信號(hào)調(diào)理電路后進(jìn)入可編程器件CPLD進(jìn)行分頻處理，單片機(jī)對分頻后的信號(hào)進(jìn)行采集后，通過異步串口送入FT3150,并由它轉(zhuǎn)發(fā)至LonWorks網(wǎng)絡(luò)。
節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖3:
設(shè)計(jì)中CPLD采用可編程器件ISP1016E來實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)進(jìn)行分頻以及通道的切換。
ISP1016E內(nèi)部有2000個(gè)PLD門，32個(gè)輸入輸出（IO）引腳，4個(gè)專用輸入引腳，引腳TTL電平兼容。ISP1016E采用高性能的E2CMOS技術(shù)，最大使用頻率為125M赫茲，電可擦除和編程。設(shè)計(jì)使用ISP1016E的16個(gè)IO作為信號(hào)的輸入端；3個(gè)IO口（A,B,C）實(shí)現(xiàn)8選1選通；一個(gè)IO口（CS）控制是否進(jìn)行分頻，當(dāng)CS=0時(shí)不對輸入信號(hào)進(jìn)行分頻，輸入8路低頻信號(hào)，當(dāng)CS=1時(shí)對輸入信號(hào)進(jìn)行分頻處理；然后通過IO輸出至單片機(jī)采集端口。
FT3150可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的控制消息向AT89C52發(fā)出中斷信號(hào)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過一段延時(shí)后通過異步串口接收來自單片機(jī)的采集數(shù)據(jù)。
I0_0 output bit starts;//中斷信號(hào)發(fā)送I/O口starts是自定義的對象名稱，output bit表示IO被定義為比特輸出對象發(fā)送啟動(dòng)采集信號(hào)可以通過下面的語句實(shí)現(xiàn)。
單片機(jī)檢測到IO_0引腳的由高到低的電平變化后進(jìn)入中斷采集數(shù)據(jù)。采集完8個(gè)通道的數(shù)據(jù)后通過異步串口發(fā)送采集數(shù)據(jù)。FT3150接收數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)程序如下：
IO_8 input serial baud（4800）data_in;
IO_8定義為串行輸入口，波特率為4800b/s,io_in（data_in,in_buffer,17）；
接收采集數(shù)據(jù)并存放與輸入緩沖區(qū)。
（本文僅供讀者學(xué)習(xí)，不代表本網(wǎng)認(rèn)可其觀點(diǎn)及方法）
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