LonWorks总线多点I/O智能节点的开发

作者：武汉大学 黄天戌 祁 昶 来源：《单片机与嵌入式系统应用》 摘要：叙述智能节点在现场总线控制系统中的重要性，提出扩展智能节点i/o点数的方法和电路原理图，并给出采用该智能节点组建的基于lonworks技术的现场总线控制设备的应用实例。 关键词：lonworks 智能节点 i/o扩展 随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，现场总线已成为当今工业控制领域技术发展的热点之一。lonworks现场总线由美国echelon公司于1993年推出后，由于其开放的网络操作系统、标准的网络通信协议、丰富的介质接口模板、支持多种介质之间相互通信等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。目前，已有多种支持lonworks技术的芯片。echelon公司的神经元芯片neuronc3150（简称3150）是一种集3个8位cpu及网络通信协议（lontalk协议）为一体的芯片。采用该芯片构成的智能节点在lonworks现场总线控制网络中起着举足轻重的作用，能使现场设备之间相互通信，快速地交换信息，以满足系统实时监控的要求。但是，由于3150神经元芯片只提供了11个通用i/o口，这对于采集量和控制量要求较多的现场设备并不能满足要求，因此研究和开发基于神经元芯片的多点i/o智能节点，是一项有意义的工作。本文提出了扩展智能节点i/o数量的设计方法，并给出采用该智能节点组建基于lonworks现场总线控制设备的应用实例。 1 neur onc3150神经元芯片的特点 neuronc芯片既是lonworks技术的核心也是智能节点的核心，目前由toshiba和motorola两家公司生产，主要包括neuronc3150和neuronc3120两种系列。3150芯片中包括e2prom、ram存储器，同3120芯片的区别在于它无内部rom，但具有访问外部存储器的接口，寻址空间可达64 kb。从这一点来说，3150比3120在节点开发上具有更好的灵活性。3150芯片内部带有3个8位微处理器：1个用于链路层的控制，1个用于网络层的控制，1个用于执行用户的应用程序。该芯片还包含11个i/o口和完整的lontalk通信协议，同时具有通信和控制功能。 2 基于神经元芯片智能节点的开发方法 基于补经元芯片开发的智能节点具有结构简单、成本低等优势，其开发方法可分为两种。①基于控制模块的硬件设计方法。采用这一方法的优势是可缩短产品的开发周期，因为控制模块通常都集成了补经元芯片、；flash程序存储器、收发器以及ram等，用户只需设计自己的应用电路即可完成节点开发。②其于收发器的硬件电路设计方法。采用这一方法可以降低节点成本，提高节点的市场竞争力，但是这需要在考虑应用电路设计的同时考虑神经元芯片与flash存储器及ram的接口电路。这对于电路板的设计加工及生产工艺的要求都较高。 3 智能节点的电路设计 节点采用主、背板结构。主板上集成有控制电路、通信电路和其它附加电路。智能节点主板结构如图1所示；背板设计为两种多点i/o模块（包括多点数字i/o模块和多点模拟i/o模块）；主、背板之间采用统一标准的20针接口。采用主、背板结构设计法，使得此智能节点的应用领域更为广泛，适用性、通用性和功能都大大增强，对于节点应用程序的开发也更为灵活。 3.1 主板电路设计 3.1.1 控制电路 控制电路主要由神经元芯片、片外存储器和主背板接口电路等组成。各元器件功能如下。 ①神经元芯片。采用toshiba公司生产的3150芯片，主要用于提供对节点的控制，实施与lon网的通信，支持对现场信息的输入输出等应用服务。 ②片外存储器。采用atmel公司生产的at29c256（flash存储器）。at29c256共有32kb的地址空间，其中低16kb空间用来存放神经元芯片的固件（包括lontalk协议等）。高16kb空间作为节点应用程序的存储区。采用issi公司生产的is61c256作为神经元芯片