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摘要：介紹了智能節(jié)點在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的重要性，給出了擴展智能節(jié)點的I/O點數(shù)的方法和電路原理圖以及采用該智能節(jié)點組建的基于Lonworks技術(shù)的現(xiàn)場總線控制設(shè)備的應(yīng)用實例。

關(guān)鍵詞：Lonworks 智能節(jié)點 I/O擴展

Lonworks現(xiàn)場總線由美國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，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)點在Lonworks現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)中起著舉足輕重的作用，它能使現(xiàn)場設(shè)備之間相互通信，快速地交換信息，以滿足系統(tǒng)實時監(jiān)控的要求。但由于3150神經(jīng)元芯片只提供11個通用I/O口，不能滿足采集量和控制量要求較多的現(xiàn)場設(shè)備的要求，因此研究和開發(fā)基于神經(jīng)元芯片的多點I/O的智能節(jié)點，是一項有意義的工作。

1 NeuronC3150神經(jīng)元芯片的特點

NeuronC芯片既是Lonworks技術(shù)的核心也是智能節(jié)點的核心，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器的接口，尋址空間可達64Kbyte。從這一點來說，3150比3120在節(jié)點開發(fā)上具有更好的靈活性。3150芯片內(nèi)部帶有3個8位微處理器：一個用于鏈路層的控制，另一個用于網(wǎng)絡(luò)層的控制，第三個用于執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序。該芯片還包含11個I/O口和完整的LonTalk通信協(xié)議，它同時具有通信和控制功能。

2 基于神經(jīng)元芯片智能節(jié)點的開發(fā)方法

基于神經(jīng)元芯片開發(fā)的智能節(jié)點具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)勢，其開發(fā)方法可分為兩種：（1）基于控制模塊的硬件設(shè)計方法。采用這一方法的優(yōu)勢是可縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，因為控制模塊通常都集成了神經(jīng)元芯片、Flash程序存儲器、收發(fā)器以及RAM等，用戶只需設(shè)計自己的應(yīng)用電路即可完成節(jié)點開發(fā)。（2）基于收發(fā)器的硬件電路設(shè)計方法。采用這一方法可以降低節(jié)點成本，提高節(jié)點的市場競爭力，但是這一方法需要在考慮應(yīng)用電路設(shè)計的同時考慮神經(jīng)元芯片與Flash存儲器及RAM的接口電路，這對于電路板的設(shè)計加工及生產(chǎn)工藝的要求都較高。

3 智能節(jié)點的電路設(shè)計

節(jié)點采用主、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)計為兩種多點I/O模塊（包括多點數(shù)字I/O模塊和多點模擬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)計法，使得此智能節(jié)點的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，適應(yīng)性、通用性和功能都大大增強，對于節(jié)點應(yīng)用程序的開發(fā)也更為靈活。

3.1 主板電路設(shè)計

3.1.1 控制電路

控制電路主要由神經(jīng)元芯片，主背板接口電路和片外存儲器等組成。各元器件功能如下：

（1）神經(jīng)元芯片采用Toshiba公司生產(chǎn)的3150芯片，它主要用于提供對節(jié)點的控制、實施與Lon網(wǎng)的通信、支持對現(xiàn)場信息的輸入輸出等應(yīng)用服務(wù)。

（2）片外存儲器采用Atmel公司生產(chǎn)的AT29C256（FLASH存儲器）。AT29C256共有32K字節(jié)的地址空間，其中低16K字節(jié)空間用來存放神經(jīng)元芯片的固件（包括LonTalk協(xié)議等）。高16字節(jié)空間作為節(jié)點應(yīng)用程序的存儲區(qū)。采用ISSI公司生產(chǎn)的IS61C256作為神經(jīng)元芯片的外部RAM.。

（3）主、背板接口電路用于主板與多點I/O模塊的電氣連接。

3.1.2 通信電路

通信電路的核心——收發(fā)器是智能節(jié)點與Lon網(wǎng)之間的接口。目前，Echelon公司和其他開發(fā)商均提供了用于多種通信介質(zhì)的收發(fā)器模塊。本智能節(jié)點采用Echelon公司生產(chǎn)的適用于雙絞線傳輸介質(zhì)的FTT-10A收發(fā)器模塊。

3.1.3 附加電路

附加電路主要包括晶振電路、復(fù)位電路和Service電路等。

晶振電路為3150神經(jīng)元芯片提供工作時鐘。

復(fù)位電路用于在智能節(jié)點上電時產(chǎn)生復(fù)位操作。另外，節(jié)點還將一個低壓中斷設(shè)備與3150的Reset管腳相連，構(gòu)成對神經(jīng)元芯片的低壓保護設(shè)計，提高節(jié)點的可靠性和穩(wěn)定性。