基于神经无芯片的远程水温监控系统

时间：2006-07-20 16:52:00

关键字：监控系统芯片 BSP 节点

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[导读]本文利用Lonwork网络在单股双绞线上实现较远距离的节点通信，设计并实现了对远端水温的监控。

摘要 Lonworks控制网络是当前最为流行的现场总线之一，它提供一个开放性强的局部操作网络，其最显著的特征在于功能强大的神经芯片、系统的互操作性和LonTalk通信协议。本文采用Neuron神经芯片和Lonworks技术，利用一对普通的双绞线，设计一个对工业现场水温进行远程监控的系统，介绍相关的硬件电路并列出相关的程序。
关键词 Lonworks 神经芯片收发器通信

在生产生活中，热水的使用量非常大，而市面上流行的热水器通常只能设定固定的温度，并且一般需要在现场控制。但在许多工业场合，经常需要对远端热水装置的工作过程进行控制，使其生产出稳定的热水，并可随时调节水温。本文使用普通的单股双绞线作为网络物理介质，设计了一个基于LON网络的远程监控系统，来完成上述功能。

1 Lonworks总线和神经芯片
    Lonworks控制网络是当前最为流行的现场总线之一，它的核心是神经元芯片(neuron chip)和LonTalk通信协议。LonTalk通信协议支持0SI／RM的所有七层模型，使得LON网络与其他网络有着良好的接口和兼容性。支持多种拓扑结构，通信介质可选双绞线、电力线、红外线、光纤、同轴电缆等媒介，使得网络布线更加方便。应用程序采用面向对象的设计方法，通过网络变量进行节点之间的数据交换，使网络通信简化为参数设置。

    本系统中用到两种关键部件。
(1)神经芯片
    神经元(Neuron)芯片使用CMOS VLSI技术，允许运行价格低廉的控制网络。其主要包括MCl43150和MCl43120两大系列。神经元芯片的主要特点是：
    ◇高度集成，所需要的外部部件较少；
    ◇3个8位的CPU，输入时钟可选择的范围10~625Hz：
    ◇片上存储器；
    ◇11个可编程I／O引脚(有34种可选择的工作方式)；
    ◇2个16位定时器／计数器；
    ◇15个软定时器；
    ◇5个网络通信端口，有3种方式可选择(单端反射、差分方式和专用方式)；
    ◇固件包括符合0SI七层协议的LonTalk协议，I／0驱动程序和事件驱动多任务调度程序；
    ◇服务引脚用于远程识别和诊断；
    ◇48位内部Neuron ID用于唯一识别Neuron芯片；
    在两大系列中，3120芯片内部包含E2PROM、RAM和ROM存储器，而3150芯片内部无ROM，但拥有访问外部存储器的接口，可根据实际情况灵活配置存储器。

(2)收发器
    提供神经芯片与Lonworks网络的物理通信接口。

2 水温监控系统硬件组成及工作原理
本系统由监控结点、执行结点两个结点组成。它们位于LON网络的两端，结构如图l所示。

本系统中选用单股双绞线作为网络介质，收发器采用Echelon公司的FTT-10A型收发器，两个节点间通过网络变量进行通信．
在每个节点中，选用3150芯片外加一块a2 KB的Flash存储器芯片AT29C257来存储应用程序、数据和通信协议等神经芯片固件。神经芯片和存储器之间的连接如图2所示。

监控结点位于中心控制室，能显示实时水温，用户通过它对远端加热装置器进行水温设置。监控节点中神经芯片的I／O部分电路如图3所示。

    在本电路中，用户调节电位器来设置水温；电位器上得到的电压经A／O转换后变为O~100之间的数，发往执行结点，并在前两个数码管上显示出来。执行结点传过来的实时水温显示在后两个数码管上。为了充分利用芯片的I／0口，使用移位计数器74HC595扩展I／O口，采用芯片的串行输出功能，I／O8作为时钟信号，I／09作为数据输出口，I／06作为数据锁存控制端．根据实际情况的需要可用液晶显示屏替换8段数码管。

    执行结点位于加热器端，它检测水温井将数值发往监控结点，接收监控结点发来的控制温度数据／根据情况启动／停止热水器工作。执行节点中神经芯片的I／O部分电路如图4所示。