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串行信號轉(zhuǎn)換為并行信號,或?qū)碜詂pu的并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號.通過對16550d內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程,即可建立異步串行通信協(xié)議(數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)格式等)以及uart的操作方式(查詢i/o或中斷i/o).為了同uart的并行信號接口,將neuron芯片的8個(gè)i/o進(jìn)行地址、數(shù)據(jù)復(fù)用,其余3個(gè)i/o作為讀寫uart的控制信號通道.此處采用地址數(shù)據(jù)分離器件74hct573進(jìn)行地址的鎖存,實(shí)現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)的分離. neuron芯片與lon的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的接口采用一種lonworks收發(fā)器棗自由拓?fù)湫褪瞻l(fā)器ftt-10a.ftt-10a是一種變壓器耦合收發(fā)器,可提供一個(gè)與雙絞線的無極性接口,且支持網(wǎng)絡(luò)的自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)采用最常用的雙絞線.1.3 節(jié)點(diǎn)的抗干擾設(shè)計(jì) 工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境一般來說較為惡劣,存在多種干擾.為保證通訊的準(zhǔn)確無誤,延長硬件使用壽命,該節(jié)點(diǎn)除采用通常的供電和接地抗干擾措施外,主要是要避免和消除來自網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的靜電泄放(esd)和電磁干擾(emi),即主要針對ftt-10a來設(shè)計(jì)抗干擾電路. 對于esd,在印刷電路板(pcb)設(shè)計(jì)中應(yīng)提供一個(gè)導(dǎo)入大地的通道,還要不致引起整個(gè)pcb電壓的升
維持低,io10為高,r/w為低; (2)cs維持低,io10為低,r/w為高或低。 如果cs維持低,io10為高,r/w為高,io0輸出的是給主機(jī)的握手應(yīng)答信號。另外,在從b方式中,主機(jī)要監(jiān)視hs的狀態(tài)??赡苡羞@樣一種情況,從機(jī)未能及時(shí)設(shè)置好hs狀態(tài),而此時(shí)主機(jī)已經(jīng)在線并輪詢hs。為避免在這種情況下主機(jī)讀取hs的無效狀態(tài),本系統(tǒng)在hs引腳上加上了上拉電阻,如圖4所示。 4.3 lon網(wǎng)絡(luò)接口 作者采用了支持ftt-10a自由拓補(bǔ)雙絞線收發(fā)器的control module作為采集器與lonworks總線的接口。ftt-10a收發(fā)器主體是一個(gè)隔離變壓器,該變壓器集成了一個(gè)78kb/s差分曼徹斯特編碼通信收發(fā)器。ftt-10a收發(fā)器能自動檢測5m,10m或20m三種時(shí)鐘頻率,他在未加電時(shí)呈現(xiàn)高阻狀態(tài),不會影響網(wǎng)絡(luò)通信,是常用的收發(fā)器之一。ftt-10a收發(fā)器提供了與神經(jīng)元通信芯片接口和網(wǎng)絡(luò)接口的引腳。 4.4 其他電路設(shè)計(jì)
最低有效位)。出現(xiàn)下列2種情況時(shí),io0~io7構(gòu)成雙向數(shù)據(jù)總線: (1)cs維持低,io10為高,r/w為低; (2)cs維持低,io10為低,r/w為高或低。 如果cs維持低,io10為高,r/w為高,io0輸出的是給主機(jī)的握手應(yīng)答信號。另外,在從b方式中,主機(jī)要監(jiān)視hs的狀態(tài)。可能有這樣一種情況,從機(jī)未能及時(shí)設(shè)置好hs狀態(tài),而此時(shí)主機(jī)已經(jīng)在線并輪詢hs。為避免在這種情況下主機(jī)讀取hs的無效狀態(tài),本系統(tǒng)在hs引腳上加上了上拉電阻,如圖4所示。 4.3 lon網(wǎng)絡(luò)接口 作者采用了支持ftt-10a自由拓補(bǔ)雙絞線收發(fā)器的control module作為采集器與lonworks總線的接口。ftt-10a收發(fā)器主體是一個(gè)隔離變壓器,該變壓器集成了一個(gè)78kb/s差分曼徹斯特編碼通信收發(fā)器。ftt-10a收發(fā)器能自動檢測5m,10m或20m三種時(shí)鐘頻率,他在未加電時(shí)呈現(xiàn)高阻狀態(tài),不會影響網(wǎng)絡(luò)通信,是常用的收發(fā)器之一。ftt-10a收發(fā)器提供了與神經(jīng)元通信芯片接口和網(wǎng)絡(luò)接口的引腳。 4.4 其他電路設(shè)計(jì) 本采集器的硬件部分設(shè)計(jì)還包括電源、抗干擾設(shè)計(jì)等,工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境一般來說
0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(jù)覆蓋上次的數(shù)據(jù)。這樣就不必進(jìn)行標(biāo)志的判斷,只需要固定單元取數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行處理,既節(jié)省時(shí)間,又安全可靠。 1.2 硬件的抗干擾 lon works設(shè)備往往工作在復(fù)雜的電磁環(huán)境中,其自身各部分與周圍其它電子設(shè)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(zhǔn)確無誤,延長硬件使用壽命,該通信節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)上結(jié)合lonworks電路自身特點(diǎn),采用有關(guān)接地、屏蔽和濾波的適當(dāng)處理,有效減小了電磁干擾的影響。針對收發(fā)器ftt-10a,設(shè)計(jì)抗干擾電路時(shí),應(yīng)主要圍繞印刷電路板上星形地結(jié)構(gòu)和火花隙的設(shè)計(jì)。對于靜電放電(esd),在印刷電路板(pcb)設(shè)計(jì)中,采用火花放電隙,能夠削弱到達(dá)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(qiáng)節(jié)點(diǎn)承受來自網(wǎng)絡(luò)連接端的esd能力。對于電磁干擾,應(yīng)盡量保證強(qiáng)噪聲源(如dc/dc變換器、時(shí)鐘電路等)遠(yuǎn)離收發(fā)器ftt-10a。 2 lonworks智能通信節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) 在lon網(wǎng)程序設(shè)計(jì)中使用neuron c語言。neuron c是一種基于ansi c且?guī)в芯W(wǎng)絡(luò)通信和高級硬件設(shè)
0,由82c250的差分端canh和canl傳送到物理總線。外部節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)通過82c250經(jīng)光電隔離器6n137后被sja1000接收,存放在sja1000相應(yīng)的寄存器中。c8051f120就可以讀取這些can幀格式數(shù)據(jù)。lon模塊由mcl43150、ftf-10a、mc145407以及外擴(kuò)sram儲存器is61c256ah-15n和外擴(kuò)flash存儲器at29c512組成。mc143150是lonworks控制芯片,含有l(wèi)ontalk協(xié)議的固態(tài)軟件,主要用于lonworks數(shù)據(jù)的處理。ftt-10a是lonworks收發(fā)器,它是一種變壓器耦合收發(fā)器,支持網(wǎng)絡(luò)的自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),作為lon網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的接口。mc145407是電平轉(zhuǎn)換芯片,負(fù)責(zé)mc143150與rs232之間的電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)c8051f120要向mc143150發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),c8051f120把數(shù)據(jù)發(fā)送到串口緩沖區(qū),通過mc145407將i/o引腳輸入的ttl電平和輸出的cmos電平轉(zhuǎn)換為eia232c電平。mc143150收到數(shù)據(jù)信息后,將數(shù)據(jù)讀入儲存于mc143150的緩沖區(qū)中,然后由mc143150打包為lonworks網(wǎng)絡(luò)變
其傳輸距離為10km;當(dāng)lonworks現(xiàn)場總線傳輸速率設(shè)定為78kbps時(shí),通過雙絞線,其傳輸距離為2700m。目前,這兩種現(xiàn)場總線已廣泛應(yīng)用于中國的電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域。 canbus現(xiàn)場總線輸出模塊是以philips公司的p87c51ra+單片機(jī)為核心,配以sja1000t can2.0b控制器、高速光電隔離器等電路,組成智能輸出模塊。lonworks現(xiàn)場總線輸出模塊是以日本toshiba公司的神經(jīng)元芯片(neuron chip)tmpn3150b1af為核心,配以美國echelon公司的ftt-10a自由拓?fù)潆p絞線收發(fā)器等電路組成智能輸出模塊。profibus-dp現(xiàn)場總線輸出模塊是以philips公司的p87c51ra+單片機(jī)為核心,配以siemens公司的spc3控制器、高速光電隔離器等電路,組成智能輸出模塊。上述三種智能輸出模塊與cpu模塊交換數(shù)據(jù)采用uart方式,形成雙cpu結(jié)構(gòu),通過我們自行設(shè)計(jì)的isa或pci總線智能通訊適配器,組成功能強(qiáng)大的電力監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2.4開關(guān)電源模塊 該模塊輸出兩組±15v,一組+5v直流電壓,向另外三個(gè)模塊提供所需電源,同時(shí)配有掉電檢測電路。
唯一識別neuron芯片; 在兩大系列中,3120芯片內(nèi)部包含e2prom、ram和rom存儲器,而3150芯片內(nèi)部無rom,但擁有訪問外部存儲器的接口,可根據(jù)實(shí)際情況靈活配置存儲器。 (2)收發(fā)器 提供神經(jīng)芯片與lonworks網(wǎng)絡(luò)的物理通信接口。 2 水溫監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成及工作原理 本系統(tǒng)由監(jiān)控結(jié)點(diǎn)、執(zhí)行結(jié)點(diǎn)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)組成。它們位于lon網(wǎng)絡(luò)的兩端,結(jié)構(gòu)如圖l所示。 本系統(tǒng)中選用單股雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)介質(zhì),收發(fā)器采用echelon公司的ftt-10a型收發(fā)器,兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間通過網(wǎng)絡(luò)變量進(jìn)行通信. 在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中,選用3150芯片外加一塊a2 kb的flash存儲器芯片at29c257來存儲應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)和通信協(xié)議等神經(jīng)芯片固件。神經(jīng)芯片和存儲器之間的連接如圖2所示。 監(jiān)控結(jié)點(diǎn)位于中心控制室,能顯示實(shí)時(shí)水溫,用戶通過它對遠(yuǎn)端加熱裝置器進(jìn)行水溫設(shè)置。監(jiān)控節(jié)點(diǎn)中神經(jīng)芯片的i/o部分電路如圖3所示。 在本電路中,用戶調(diào)節(jié)電位器
uron芯片為核心,同時(shí)包括收發(fā)器、地址譯碼電路、復(fù)位電路、晶振電路及eprom等。主控制模塊通過固件完成lontalk協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸,并通過事件調(diào)度完成用戶定義的各種計(jì)算、i/o事件處理及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文處理等功能。lonworks節(jié)點(diǎn)的示意圖如圖1所示。主控制模塊用于通信和控制:微控制器89c51實(shí)現(xiàn)對輸入/輸出數(shù)據(jù)的處理及驅(qū)動功能,在抄表模塊中主要是對脈沖輸入信號的計(jì)數(shù),并完成與主控制模塊的數(shù)據(jù)傳輸。主控制模塊中的收發(fā)器負(fù)責(zé)將節(jié)點(diǎn)連入網(wǎng)絡(luò),不同的通信介質(zhì)要求采用相應(yīng)的收發(fā)器:在抄表模塊中,可以采和ftt-10a收發(fā)器,適用于雙絞線介質(zhì);或采用plt-22收發(fā)器,適用于電力線通信介質(zhì)。 自動抄表系統(tǒng)以lonworks現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)。系統(tǒng)由下面幾部分組成:計(jì)算機(jī)、抄表管理軟件、數(shù)據(jù)集中器、抄表節(jié)點(diǎn)模塊、中繼器、modem、水電氣脈沖表等。 抄表模塊實(shí)時(shí)采集各路脈沖表脈沖輸出信號,并將脈沖數(shù)累計(jì)存放在抄表模塊ram內(nèi),根據(jù)設(shè)定的分段時(shí)間及當(dāng)前時(shí)刻,將采集到的數(shù)據(jù)累計(jì)到不同的時(shí)間段上,實(shí)現(xiàn)分時(shí)段計(jì)數(shù)。抄表模塊存儲器具有掉電保護(hù)功能,防止掉電丟失脈沖累加值。數(shù)據(jù)集中器具有較大容量