1. 引言

     LonWorks網絡控制技術是近年來迅速發展起來的現場總線控制技術，其集計算機、網絡、控制于一體，集成了ISO/OSI的全部七層協議，同時具有通信和控制功能，并支持雙絞線、同軸電纜、電力線、射頻、紅外線、光纖等多種通訊媒介，且工作溫度范圍寬（-40℃～85℃），組網靈活，開放性好，已在工業、樓宇、運輸、能源等自動化領域得到廣泛應用。本文設計的智能節點就是運用LonWorks技術的種種優勢在電力線上實現數據的可靠、準確、快捷的傳輸。該方式節省了通訊線路的基建投資和日常的維護費用，也不占用日益緊張的頻率資源，具有一定的經濟可行性，應用前景十分廣泛。

2. 節點硬件設計

     LonWorks技術是一種控制網絡層次上的技術，因此節點的開發離不開對網絡的整體考慮。根據控制策略的不同，節點的開發會有所不同。但對于一個控制網而言，不外乎由傳感器、執行器、獲取和傳輸數據的網絡、執行控制邏輯的控制和程序等構成。而對于組成網絡重要部分的節點而言，所完成的任務無非是獲取和傳輸數據，并根據所獲取的數據信息來執行相應的控制邏輯。因此，一個典型的LonWorks現場總線節點就是以神經元芯片為核心，外加收發器，擴展內存（只適用于3150芯片），外圍I/O電路，復位及服務電路和電源供應電路等。其組成結構如圖1所示。

2.1神經元芯片及內存擴展

       節點的核心——神經元芯片（Neuron chip）是一個帶有多個處理器、讀寫/只讀存儲器（RAM和ROM）以及通信和I/O接口的單芯片系統。在每個神經元芯片的ROM中包含一個能夠執行LonTalk協議的神經元芯片固件，節點就依照固件中的LonTalk協議與網絡上其它的節點進行通信。現在市場上的Neuron芯片主要分為3120與3150兩個系列，其中3150系列因可進行內存擴展設計方便而廣為使用。東芝公司的Neuron 3150,其內部只有512字節EEPROM和2KROM，現使用一片32K\8FLASH內存芯片作為3150的全部擴展內存。FLASH芯片的低16K裝入系統固件，并必須使用EPROM 編程器寫入。而其高16K用來裝入應用代碼和數據。圖2給出內存擴展電路。

2.2 收發器及服務、復位電路

       電力線收發器PLT-22是美國Echelon公司為實現在電力線上進行數據傳輸而專門開發的調制解調芯片，其內核為數字信號處理器（DSP），并采用了BPSK技術。PLT－22的數據傳輸采用雙頻模式，其中132.5KHz為主載，如果主頻被噪聲干擾，則會自動采用115KHz的付載頻傳輸數據，從而利用雙載波頻率的自動調整解決因斷續的噪聲干擾、阻抗變化和信號衰減等原因造成的電力線通信的惡劣情況。這一點對于在干擾源多、噪聲大的電網上進行數據傳輸尤為適用。

       在LonWorks節點的配置、安裝和維護中，服務管腳發揮著不可小視的作用。作為輸出它驅動一個LED，當節點有故障時，LED可以通過顯示一定的信號給予提示。對于LED所給出的信號以及其所表示的狀態，常見的情況如下：

1.從上電起，若LED全亮或是全暗，則說明節點有硬件故障

2.在上電或復位時，若LED先亮后暗，然后持續亮，則可能是節點無應用程序或是應用程序和固件不匹配

3.LED閃動時，則意味著節點還沒有配置

對于一個節點而言，一個上電復位電路是必須的，此處用DS1233作為低壓保護器件LVI（Low Voltage Interrupt），并加了一個手動復位安鈕以便在網絡通信出現阻塞時用來復位。

2.3 外部I/O設備

      Neuron芯片有11個雙向可編程I/O口、34種可選工作模式，支持電平、脈沖、頻率等信號，可與各種傳感器配合實現各種參數的測量和控制。其中包括串行I/O方式。數據速率可由軟件設置為600，1200，2400和4800bps，且其工作方式為半雙工。設計采用串行1200bps、半雙工的工作方式,其外部I/O設備分為顯示與溫度采集、轉換兩部分。

      顯示部分：參考美國Echelon公司提出的典型節點設計選用MC14489B LED驅動芯片驅動四盞LED，Neuron芯片的IO3管腳作為MC14489的片選端口，IO8管腳為時鐘端口,IO9為控制字輸入端。圖3列出了顯示電路。

      溫度采集、轉換部分：以LM35DZ用于溫度的采集，LM35DZ采集范圍是0~100度（攝氏度），每10mv/1度。A/D轉換采用MAX186 12位數據采集芯片。它集成了8通道多路開關、大帶寬跟蹤/保持電路和SPI串行接口，具有轉換速率高，功耗極低的特點。此器件可使用單一+5V電源或±5V電源進行工作，其模擬輸入可由軟件設置為單極性/雙極性和單端/差分工作方式�，F采用主控模式（neurowire master），即Neuron芯片的IO8管腳作為時鐘信號，IO6控制字輸出端口（Data in），IO10是控制字輸入端口（Data out）。 電路如圖4所示。

2.4 硬件抗干擾

       Lon Works網絡節點的工作現場往往是處在非常復雜的電磁環境中，節點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，該節點在設計上結合LonWorks電路自身特點，采用有關接地、屏蔽和濾波的適當處理，進而有效減小電磁干擾的影響。針對收發器PLT－22，設計時運用了一系列耦合電路，以隔離工頻電路。對于電磁干擾，盡量保證強噪聲源（如時鐘電路等）遠離收發器PLT－22。

3. 節點軟件設計

       Neuron芯片中的軟件可以分為三個主要部分：系統映射（System Image）、應用映射（Application Image）和網絡映射（Network Image）。系統映射包括Lontalk協議、NeuronC的應用函數庫和任務調度程序（Task Scheduler）。在芯片3150中，系統映射儲存在擴展ROM中。因在芯片中，系統映射和網絡映射是由相應的開發系統自動生成的。對開發人員而言，它們是隱性的，就可以使開發人員把主要的精力放在應用程序的開發上，以減少系統開發的工作量。Neuron軟件的編寫采用的是一種專門為神經元芯片設計的、基于標準C編程語言——Neuron C，其直接支持神經元芯片的固件（Fireware），并具有一些新特點，如網絡變量（network variables）。

在節點的應用程序中，網絡變量可由如下的語法聲明：

networkinput/output [netvar-modifier] [class] type [connection-info] identifie

      當一個節點中的輸出網絡變量發生變化時，與其相聯的其他節點的所有輸入網絡變量也同時更新它們的值。這樣，節點與節點之間的通信就隱性的完成而不需要用戶的干預。網絡變量的使用大大簡化了分布式系統的開發工作。開發者不必考慮通信中信息緩存、節點尋址、請求、應答、重試處理等一些低層次的細節工作。網絡變量的采用，使得網絡通信就像通常應用程序調用其中的一個普通變量一樣，極大地方便了節點編程。此外在節點的應用程序中，沒有C語言中常見的主函數（main function），而是由一種系列的when語句組成。When語句包含一個表達式，當其為TRUE時，則執行相應的任務，如下所示：

when （timer-expires（led timer））

{//Turnofftheend

io-out （ io-led，OFF）； }

      在上面這個例子中，當時鐘led timer結束時，相應的LED將被關閉。多個when語句可與單個任務相聯，但when語句不可嵌套。When語句可以設定優先級，優先級高的when語句優先進行條件判斷。它們的邏輯控制是由任務調度器完成。

現借用Neuron 芯片與MAX186接口程序片段管窺Neuron C新特點：

IO8 neuron ware master select（IO4）MAX186；// IO8時鐘引腳，IO6數據輸出，IO10數據輸入；主模式，片選信號IO4 //

IO4 output bit MAX186-CS = 1；//選擇IO4為位輸出 //

when （ timer_expires (clock_1) ）;// 定時/計數器clock_ 1滿事件驅動 //

Io_out (MAX186_cs, 0) ; // 選中 MAX186 //

Io_out (MAX186,10001111) ;// 送MAX186控制字：通道0，單極性，單端輸入，外部時鐘模式 //

In_put = io_in（MAX18612，&in_put,16）;// 輸入轉換結果 //

Io_out (MAX186_cs,1) ; //MAX186cs無效，結束信號采集 //

系統程序流程圖如圖6所列。

4.結論

      本文設計的節點實現了通過電力線對遠端節點現場溫度信息的監視，并可在節點端進行本地溫度和遠端溫度的切換顯示。智能節點的開發設計是實現分散式智能控制網絡系統的重要環節，根據用戶的不同要求可以實現很多功能如防火、防盜、人體感應、門禁等報警功能，形成網絡監控管理功能，實現家庭安防系統智能化，并能實現工業網絡儀表智能化。

轉自：http://www.pinqiju.cn