引言

LonWorks(Local Operating Networks，局部操作網(wǎng)絡)總線是由美國Echelon公司推出的一種現(xiàn)場總線技術(shù)。由于LonWorks控制網(wǎng)絡的開放性、高速性和互操作性，它已廣泛用于工業(yè)、樓宇、家庭、辦公設備、交通運輸、能源等自動化領(lǐng)域。EIA RS-232-C/RS-485通信網(wǎng)絡在控制系統(tǒng)中應用最為普及，許多設備大都只提供RS-232或RS-485/422接口，不能直接接入LonWorks網(wǎng)絡。因此，需要將現(xiàn)場LON網(wǎng)絡介質(zhì)上的信息轉(zhuǎn)換為RS-232-C/RS-485標準的信號，或?qū)S-232-C/RS-485標準信號轉(zhuǎn)換為包含LonTalk協(xié)議的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的數(shù)據(jù)傳輸，同時也為上位PC機、底層工作站提供轉(zhuǎn)換接口。本文所設計的LonWorks智能通信節(jié)點方便地與EIA RS-232-C/RS-485標準的串行I/O設備進行通信，輕松實現(xiàn)現(xiàn)場節(jié)點與上位PC機或其它RS-232-C/RS-485控制設備之間的可靠、準確、快捷數(shù)據(jù)傳遞。

1 LonWorks智能通信節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)

1.1 節(jié)點硬件電路設計

智能節(jié)點以Neuron神經(jīng)元處理器芯片為核心，其硬件電路還包括收發(fā)器、EEPROM、雙口RAM、譯碼電路和service電路等。以神經(jīng)元芯片構(gòu)成網(wǎng)絡接口，由它通過LonTalk協(xié)議與網(wǎng)上的其它智能節(jié)點通信，并通過雙口RAM的訪問實現(xiàn)與其它網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。節(jié)點中用雙口RAM充當不同網(wǎng)絡通信過程中現(xiàn)場信息的接收、發(fā)送緩沖區(qū)，完成最近發(fā)送到達的交換數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能，緩解和避免系統(tǒng)緩存緊張和瓶頸的產(chǎn)生。用非易失性存儲器EEPROM存放LonTalk網(wǎng)絡協(xié)議固件、多任務調(diào)度程序、網(wǎng)絡適配器通信管理程序以及網(wǎng)絡配置信息等。節(jié)點的硬件組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

智能節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)可分為兩部分：以Neuron 3150神經(jīng)元芯片主構(gòu)成的LonWorks現(xiàn)場總線一側(cè)，其基本功能是實現(xiàn)LON網(wǎng)絡上的智能節(jié)點功能；另一側(cè)是由單片機系統(tǒng)構(gòu)成的串行通信接口，其功能是實現(xiàn)EIA RS-232-C/RS-485標準的串行通信。在這兩部分間采用了雙口RAM CY7C130芯片作為數(shù)據(jù)共享區(qū)。CY7C130通信接口電路的左端口與Neuron 3150芯片連接，右端口與8051單片機系統(tǒng)連接，如圖2所示。雙口RAM的兩端都有獨立的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線，兩端都可對雙口RAM的任意單元進行操作。只要兩端不同時對同一地址單元進行操作就不會發(fā)生沖突。BUSY顯示本端口想要存取的地址正在被另一個端口操作，發(fā)生硬件沖突時，后操作一端的BUSY信號有效。    程序中，節(jié)點Neuron 3150側(cè)使用顯示報文通信，能有效實現(xiàn)智能節(jié)點與單片機進行雙向通信的功能。用Neuron C語言進行節(jié)點設計編程時，必須首先查詢IO_6和IO_7的內(nèi)容。定義兩個比特類型的輸入變量INTL和BUSYL，通過查詢這兩個變量的內(nèi)容來確定程序的運行流程。編程如下：

在應用中分別對雙口RAM 1KB的存儲空間進行定義，即CY7C130的同一存儲單元對于Neuron3150芯片及8051單片機系統(tǒng)各有一個地址，這樣兩個系統(tǒng)均能對其進行存取操作。在智能節(jié)點中，Neuron3150芯片對1KB空間的地址為D000H～D3FFH。8051單片機系統(tǒng)對它的定義為0000H～03FFH。值得注意的是，CY7C130芯片3FFH和3FEH兩個單元被用作固定用途：當左端Neuron3150芯片向3FFH單元寫入數(shù)據(jù)時，將產(chǎn)生中斷信號INTR；同理，當右端8051單片機向3FEH單元寫入數(shù)據(jù)時，將產(chǎn)生中斷信號INTL。利用這兩個信號，可以將系統(tǒng)設置為中斷工作方式，達到節(jié)省通信時間的目的。由于雙向數(shù)據(jù)信息的交換，可以這樣來劃分雙口RAM存儲區(qū)間：000H～01FFH單元存入Neuron 3150芯片向8051傳送的信息，而200H～3FFH單元存放由8051向Neuron 3150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)。這樣就不必進行標志的判斷，只需要固定單元取數(shù)據(jù)就可以進行處理，既節(jié)省時間，又安全可靠。

1.2 硬件的抗干擾

LonWorks設備往往工作在復雜的電磁環(huán)境中，其自身各部分與周圍其它電子設備之間，都不可避免地存在各種形式的電磁干擾和靜電放電。為了保證通信的準確無誤，延長硬件使用壽命，該通信節(jié)點在設計上結(jié)合LonWorks電路自身特點，采用有關(guān)接地、屏蔽和濾波的適當處理，有效減小了電磁干擾的影響。針對收發(fā)器FTT-10A，設計抗干擾電路時，應主要圍繞印刷電路板上星形地結(jié)構(gòu)和火花隙的設計。對于靜電放電（ESD），在印刷電路板（PCB）設計中，采用火花放電隙，能夠削弱到達收發(fā)器和后續(xù)緩沖器電路的ESD能量，使用箝位二極管，能大大增強節(jié)點承受來自網(wǎng)絡連接端的ESD能力。對于電磁干擾，應盡量保證強噪聲源（如DC/DC變換器、時鐘電路等）遠離收發(fā)器FTT-10A。

2 LonWorks智能通信節(jié)點的軟件設計

在LON網(wǎng)程序設計中使用Neuron C語言。Neuron C是一種基于ANSI C且?guī)в芯W(wǎng)絡通信和高級硬件設備接口擴展語句的高級不應該。它增加了對I/O、事件處理、消息傳遞和分散數(shù)據(jù)目標的支持，擴充了包括軟件定時器、網(wǎng)絡變量、顯示消息、一個多任務調(diào)度程序以及其它各具特點的函數(shù)等。采用Neuron C語言開發(fā)的應用程序，可直接在Lonbuilder神經(jīng)元仿真器上進行調(diào)試，因此應用程序的開發(fā)可獨立于硬件設計進行。智能節(jié)點通信流程如圖3所示。

3 結(jié)論

實際運用證明，該智能通信節(jié)點能實現(xiàn)與其它多種常規(guī)智能節(jié)點（如模擬量I/O節(jié)點、開關(guān)量I/O節(jié)點等）構(gòu)成現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡，實現(xiàn)了RS-232-C/RS-485到LonWorks網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，保證了網(wǎng)絡接口的高速數(shù)據(jù)傳送。特別在當前樓宇自動化DCS控制系統(tǒng)中，基于控制器串口的小型主從式RS-485控制網(wǎng)絡系統(tǒng)仍然應用得相當普遍。將Lonworks和RS-485兩種控制網(wǎng)絡進行網(wǎng)絡集成，就可以充分發(fā)揮LonWorks技術(shù)在通信上的優(yōu)勢，構(gòu)成節(jié)點的主從式RS-485網(wǎng)絡的分級混合控制網(wǎng)絡設計方案，因此有很高的推廣應用價值。