基于双口RAM的LonWorks智能通信节点设计.

1、基于双口 RAM 勺 LonWorks 智能通信节点设计关键词： 现场总线 LonWorks 智能节点 神经元芯片 双口 RAM引言LonWorks（Local Operating Networks ，局部操作网络 ） 总线是由美国 Echelon 公司推出的一种现场总线技术。由于 Lon Works 控制网络的开放性、高速性和互 操作性，它已广泛用于工业、楼宇、家庭、办公设备、交通运输、能源等自动 化领域。EIARS-232-C/RS-485 通信网络在控制系统中应用最为普及，许多设 备大都只提供RS-232 或 RS-485/422 接口， 不能直接接入 Lon Works 网络。 因 此

2、， 需要将现场 LON网络介质上的信息转换为 RS-232-C/RS-485 标准的信号， 或将 RS-232-C/RS-485标准信号转换为包含 LonTalk 协议的数据，从而实现不 同网络间的数据传输，同时也为上位 PC 机、底层工作站提供转换接口。本文所 设计的 LonWorks 智能通信节点方便地与 EIA RS-232-C/RS-485 标准的串行 I/O 设备进行通信，轻松实现现场节点与上位 PC 机或其它 RS-232-C/RS-485 控制设 备之间的可靠、准确、快捷数据传递。1 LonWorks 智能通信节点的硬件结构1.1 节点硬件电路设计智能节点以 Neuron 神经元

3、处理器芯片为核心，其硬件电路还包括收发器、EEPROM 双口 RAM 译码电路和 service 电路等。以神经元芯片构成网络接 口，由它通过 Lon Talk 协议与网上的其它智能节点通信，并通过双口RAM 的访问实现与其它网络系统的数据交换。节点中用双口RAM 充当不同网络通信过程中现场信息的接收、发送缓冲区，完成最近发送到达的交换数据的存储转发功能，缓解和避免系统缓存紧张和瓶颈的产生。用非易失性存储器EEPR 0 存放LonTalk 网络协议固件、多任务调度程序、网络适配器通信管理程序以及网络 配置信息等。节点的硬件组成结构如图 1 所示。智能节点的基本结构可分为两部分：以 Neuron

4、 3150 神经元芯片主构 成的LonWorks 现场总线一侧，其基本功能是实现 LON 网络上的智能节点功能； 另一侧是由单片机系统构成的串行通信接口，其功能是实现 EIA RS-232-C/RS- 485 标准的串行通信。在这两部分间采用了双口RAM CY7C13 芯片作为数据共享区。CY7C1301信接口电路的左端口与 Neuron 3150 芯片连接，右端口与 8051 单片机系统连接，如图 2 所示。双口 RAM 勺两端都有独立的数据线、地址 线和控制线，两端都可对双口 RAM 勺任意单元进行操作。只要两端不同时对同 一地址单元进行操作就不会发生冲突。BUSY 显示本端口想要存取的地

5、址正在被另一个端口操作，发生硬件冲突时，后操作一端的BUSY 言号有效。在应用中分别对双口 RAM 1KB 勺存储空间进行定义，即 CY7C130 勺同一存储单 元对于 Neuron3150 芯片及 8051 单片机系统各有一个地址，这样两个系统均能 对其进行存取操作。在智能节点中，Neuro n3150 芯片对 1KB 空间的地址为 D000H-D3FFH8051 单片机系统对它的定义为 0000FH03FFH 值得注意的是， CY7C130 芯片 3FFH和 3FEH 两个单元被用作固定用途：当左端 Neuron3150 芯片 向 3FFH 单元写入数据时，将产生中断信号 INTR;同理，

6、当右端 8051 单片机向 3FEH 单元写入数据时，将产生中断信号 INTL。利用这两个信号，可以将系统设 置为中断工作方式，达到节省通信时间的目的。由于双向数据信息的交换，可 以这样来划分双口 RAM 存储区间：000H01FFH 单元存入 Neuron 3150 芯片向 8051 传送的信息，而 200H3FFH 单元存放由 8051 向 Neuron 3150 发送的信 息，并将同类但不同次的信息放在固定的存储单元，每次都以新的数据覆盖上 次的数据。这样就不必进行标志的判断，只需要固定单元取数据就可以进行处 理，既节省时间，又安全可靠。1.2 硬件的抗干扰Lon Works 设备往往工

7、作在复杂的电磁环境中，其自身各部分与周围其它电子 设备之间，都不可避免地存在各种形式的电磁干扰和静电放电。为了保证通信 的准确无误，延长硬件使用寿命，该通信节点在设计上结合Lo nWorks 电路自身特点，采用有关接地、屏蔽和滤波的适当处理，有效减小了电磁干扰的影响。针对收发器 FTT-10A,设计抗干扰电路时，应主要围绕印刷电路板上星形地结 构和火花隙的设计。对于静电放电（ESD，在印刷电路板（PCB 设计中，采 用火花放电隙，能够削弱到达收发器和后续缓冲器电路的ESD 能量，使用箝位二极管，能大大增强节点承受来自网络连接端的ESD 能力。对于电磁干扰，应尽量保证强噪声源（如 DC/DC 变

8、换器、时钟电路等）远离收发器 FTT-10A。2 LonWorks 智能通信节点的软件设计在 LON 网程序设计中使用 Neuron C 语言。Neuron C 是一种基于 ANSI C 且带有 网络通信和高级硬件设备接口扩展语句的高级不应该。它增加了对I/O 、事件处理、消息传递和分散数据目标的支持，扩充了包括软件定时器、网络变量、 显示消息、一个多任务调度程序以及其它各具特点的函数等。采用Neuron C 语言开发的应用程序，可直接在 Lonbuilder 神经元仿真器上进行调试，因此应用 程序的开发可独立于硬件设计进行。智能节点通信流程如图 3 所示。程序中，节点 Neuron 3150

9、 侧使用显示报文通信，能有效实现智能节 点与单片机进行双向通信的功能。用 Neuron C 语言进行节点设计编程时，必须 首先查询IO_6 和 IO_7 的内容。定义两个比特类型的输入变量 INTL 和 BUSY，L 通过查询这两个变量的内容来确定程序的运行流程。编程如下：de公共变量声明 *IO_6 in put bit INTL;/ 定义 IO_6,IO_7 为比特类型的输入变量IO_7 input bit BUSYL;包含文件*Msg_tag tag_out1; / 定义输出消息标签/* 系统主程序 *priority when(msg_arrives)/显示网络消息事件unsigned

10、 int *p; / 存储从 LON 网上接收的数据int i;p=(unsigned int*)(Tlon_485);for(i=0;I30;i+)*p=msg_in.datai;p+;when(io_in(INTL)= =0)/ 当单片机侧有数据时申请中断when(io_in(BUSYL)= =1)unsigned int*u;int j;u=(unsigned int*)(T485_lon);msg_out.code=1;msg_out.tag=tag_out1;for(j=0;j30;j+)msg_out.dataj=*u;u+;msg_send();向 LON 网其它相关节点发送数据图 33 结论实际运用证明，该智能通信节点能实现与其它多种常规智能节点（如模拟量I/O 节点、开关量 I/O 节点等）构成现场总线控制网络，实现了 RS-232-C/RS- 485到 LonWorks 网络网关的关键技术，保证了网络接口的高速数据传送。特别