【正文】 ut需要指向parallel io—interface結(jié)構(gòu)，其定義如下： structparallelnio_interface Unsigned length：／／lengthof data field Unsigned data[maxlength]：／／datafield )piofc； 必須說明這樣一個結(jié)構(gòu)，并給出合適的maxlength定義，標明數(shù)據(jù)傳送的最長緩沖區(qū)尺寸，應(yīng)用內(nèi)嵌的NeuronC函數(shù)和事件如：iooutrequest0，io_inready，iooutready，io_in0，io_out()等，Neuron芯片的并行I／o對象就很容易被訪問。 顯示報文是一個結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)分為輸出顯示報文、輸入顯示報文、響應(yīng)輸出報文和響應(yīng)輸入報文等。nv_update_fails() 輸出網(wǎng)絡(luò)變量發(fā)送失敗。節(jié)點的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)變量共享，一個節(jié)點的輸出網(wǎng)絡(luò)變量更新，則所有與它相連接的節(jié)點的輸入網(wǎng)絡(luò)變量的值也隨之改變。最主要的是以下幾點： 1．提供了網(wǎng)絡(luò)變量的定義 2．引入了事件驅(qū)動的任務(wù)調(diào)度，定義了when語句 3．把I／0對象直接映射到處理器的I／0 4．顯式消息的傳遞，可以直接對LonTalk協(xié)議的底層進行訪問 5．引入了定時器 值得注意的是Neuron C不支持ANSI C的一些功能，如浮點運算，文件I／O等。智能家居節(jié)點的軟件設(shè)計即神經(jīng)元芯片3150與單片機AT89S51的數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)的設(shè)計。 上位機軟件設(shè)計的成功與否關(guān)系到整個系統(tǒng)能否具有使用靈活、操作簡單、可靠性強等優(yōu)點。其原理圖如圖3．8所示。神經(jīng)元芯片的輸入時鐘是如卜．標準頻率：10MHz、5MHz、2．5MHz和625KHz，原理圖如圖3．7所示。當服務(wù)管腳接地時，節(jié)點會在網(wǎng)上發(fā)送一個含有Neuron芯片ID值的網(wǎng)絡(luò)管理信息，網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備將使用該消息中包含的信息來安裝及配置該節(jié)點。當其作為輸出時，它能吸收20mA電流用于驅(qū)動一個LED；當其用作輸入時，它有一個可選的片內(nèi)上拉電阻使輸入能被拉高為高電平而進入無效狀態(tài)。F丌10A收發(fā)器的最大通信距離為500米，也就是說節(jié)點與節(jié)點之間的最大距離為500米，而自由拓撲結(jié)構(gòu)的雙絞線控制網(wǎng)中，所有的線長也應(yīng)限制在500米內(nèi)。對于它的使用在此給予一般介紹。收發(fā)器有不同的類型，在組網(wǎng)的過程中，要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和通信介質(zhì)的不同進行選取。另外，工作時單片機需要監(jiān)視Neuron芯片的握手應(yīng)答信號(HS)位的狀態(tài)以保證數(shù)據(jù)傳送的同步，但是有可能Neuron芯片未及時設(shè)置好HS的狀態(tài)而單片機已開始輪詢HS，在HS引腳上加上拉電阻(109：Q)還可避免單片機讀取HS的無效狀態(tài)。HS信號由神經(jīng)元芯片3150的內(nèi)部同件控制，當HS為高電平時，表示神經(jīng)元芯片3150正在讀寫數(shù)據(jù)、處于忙狀態(tài)，當HS為低電平時，表示神經(jīng)元芯片3150數(shù)據(jù)處理完畢，可以進行下一次通信了。本節(jié)點中Neuron芯片與單片機的連接采用從A模式，其接口電路如圖34所示。在這種模式下Neuron芯片控制它自己和它的從處理器之間的握手協(xié)議。并行m對象的物理接12通過Neuron芯片的11個I／O引腳完成。由于3150系列為用戶留下了更為廣闊的創(chuàng)造空間，能夠滿足用戶寫入更周全和復雜的控制邏輯，具有更廣泛的用戶群。 兩種神經(jīng)元芯片的存儲器配置是不同的，3120不可外接E2PROM，而3150則可以，因此它有外部數(shù)據(jù)線和地址線及少量控制線的引腳。所以該系統(tǒng)的可擴展升級性很強，能滿足不同用戶的需求。此處的主處理器本文將采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51單片機。如圖所示，基于芯片的節(jié)點結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但完成的功能有限：基于主機的節(jié)點，結(jié)構(gòu)復雜，成本較高，能實現(xiàn)強大功能。對于一些復雜的控制，如帶有PID算法的單網(wǎng)路、多回路，其控制就力不從心。1．采用以神經(jīng)元芯片為核心的Lonworks節(jié)點(基于芯片的節(jié)點)神經(jīng)元芯片是一組復雜的VLSI器件，一個神經(jīng)元芯片包括應(yīng)用CPU、I／O處理單元和通信處理器。Lon節(jié)點僅需添加一個電源、外圍電路接口和在神經(jīng)芯片上運行的應(yīng)用程序就可以構(gòu)成一個完整的節(jié)點。通過LonWorks節(jié)點的DO口，還可以實現(xiàn)對家電、照明等設(shè)備的控制，對室內(nèi)的溫度、濕度進行檢測。在加強各設(shè)備之間相互有機聯(lián)系的同時，可同社會信息網(wǎng)的種種功能融合起來，成為社會網(wǎng)絡(luò)的一部分，做到在任何地方或任何時候都可以隨意地查詢或索取家庭內(nèi)外的各種信息。另一種是使用LonMaker網(wǎng)絡(luò)管理軟件，它具有小巧、實用的特點。網(wǎng)絡(luò)中采用Neuron芯片的智能節(jié)點(可能是傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)或其他測控設(shè)備)之間遵循LonTalk局部操作網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，這種遵循LonTaik協(xié)議的局部操作網(wǎng)絡(luò)就稱為Lonworks控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖23所示。與無線射頻收發(fā)器接口時，Neuron芯片的通信端口應(yīng)設(shè)置為單端工作模式，此時能達到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為4800Bd(波特)。當Neuron芯片與電力線收發(fā)器接口時，Neuron芯片的通信端口應(yīng)設(shè)置為專用模式，此時的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為10Kb／s。變壓器耦合收發(fā)器的通信速率最高可達1．25Mb／s。如果網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)不超過64個，且各節(jié)點使用普通電源供電，電路板所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率最高不超過1．25Mb／s，網(wǎng)絡(luò)配置選擇直接驅(qū)動接口是較為理想的引。在元器件參數(shù)不變的情況下，能支持多種數(shù)據(jù)傳輸速率(最高達1．25Mb／s)以及多種通信介質(zhì)。 1．雙絞線收發(fā)器雙絞線收發(fā)器是一種最通用的類型，許多設(shè)計方案中都會使用它。收發(fā)器簡化了可互操作的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開發(fā)，這可適用于不同的通信介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)拓撲。對于基于芯片的節(jié)點來說，當在一個應(yīng)用程序中通過賦值操作引起了輸出網(wǎng)絡(luò)變量的變化，神經(jīng)芯片固件自動地用LonTalk協(xié)議服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上傳播其更新的值。以這種方式，同一工程量可送到多個節(jié)點，然而每個節(jié)點對該數(shù)據(jù)有不同的應(yīng)用程序。在主處理器上執(zhí)行的應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器與網(wǎng)絡(luò)接口通信，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器管理緩沖器分配，將來自或發(fā)往網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)送入緩沖器并且在網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議中屏蔽主機應(yīng)用的任何差異。主處理器可以是微處理器、微控制器或PC機。 4)LonTalk提供的通信服務(wù)： (1)網(wǎng)絡(luò)效率：網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間、安全性和可靠性是相互關(guān)聯(lián)的。在一個開發(fā)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點的應(yīng)用相當于LonBuilder開發(fā)平臺的網(wǎng)絡(luò)管理，其任務(wù)包括定義、配置、下載和控制Lonworks網(wǎng)絡(luò)。注意，在計算整個地址長度時，應(yīng)在表2．2中給出的地址長度基礎(chǔ)上再加上域地址長度(該域地址長度范圍為039。Neuron ID為48位長，這個ID碼是唯一的。④組地址(Group)：組是一個域內(nèi)節(jié)點的邏輯集合。子網(wǎng)中的所有節(jié)點必須在同一信道上，并且子網(wǎng)不能跨越智能路由器。域地址用域標識符ID來表示，可以分為0、3或6個字節(jié)。除此之外，還有組地址。LonTalk地址唯一地確定一個LonTalk數(shù)據(jù)包的源節(jié)點或目標節(jié)點，路由器則利用這些地址在信道之間選擇數(shù)據(jù)包的傳輸路徑。多條信道由網(wǎng)橋和路由器連接，收發(fā)器是神經(jīng)元芯片與信道的接口，信道的傳輸率與傳輸介質(zhì)和收發(fā)器有關(guān)。4．LonTalk提供的服務(wù)1)物理信道管理：LonTalk協(xié)議支持一種或多種不同傳輸介質(zhì)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。 5)會話層：對較低層數(shù)據(jù)交換加以控制。為了確保滿足控制網(wǎng)絡(luò)的可靠和魯棒的通信標準，LonTalk協(xié)議為控制應(yīng)用提供了一個高可靠、高性能、高抗干擾性強的通信機制。 4)響應(yīng)時間快，通信安全可靠。LonTalk協(xié)議能提供端到報文確認，報文認證、打包業(yè)務(wù)和優(yōu)先傳送服務(wù)，提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的支持，并允許遠程網(wǎng)絡(luò)管理工具與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行交互。在Lonworks技術(shù)中，路由器包括以下幾種：中繼器、橋接器和路由器。 Lonworks現(xiàn)場控制系統(tǒng)的構(gòu)建基于Lonworks技術(shù)的現(xiàn)場控制系統(tǒng)由Lonworks節(jié)點和路由器、Lonworks協(xié)議、Lonworks收發(fā)器和Lonworks網(wǎng)絡(luò)管理幾個部分構(gòu)成。Lonworks技術(shù)改善了CSMA，對所有節(jié)點根據(jù)網(wǎng)絡(luò)積壓參數(shù)等待隨機時間片來訪問介質(zhì)，有效地避免了網(wǎng)絡(luò)頻繁碰撞，即使網(wǎng)絡(luò)負載很重也不會導致網(wǎng)絡(luò)癱瘓?！眹H現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展雖然才有十幾年的時間，但國外的工業(yè)控制基礎(chǔ)較好，而且各種總線技術(shù)的標準都是由他們提出的。2000年3月，Echelon公司開始出售i．Lonl000 Intemet服務(wù)器，這是一個突破性產(chǎn)品，可以使用在家庭、建筑、工廠和運輸系統(tǒng)中的數(shù)以百計的Lonworks設(shè)備，并將變成Web的一部分，這便拓寬了工業(yè)領(lǐng)域中的基于Intemet的市場和應(yīng)用。它們分別為基金會現(xiàn)場總線(FoundationFieldbus，F(xiàn)F)、美國Echelon公司的Lonworks現(xiàn)場總線、CAN(ControlAreaNetworks)總線和HART(HighwayAddressable RemoteTransducer)總線等。自動化設(shè)備的制造廠家被迫進行產(chǎn)品更新?lián)Q代，出現(xiàn)了一批集檢測、運算、控制功能于一體的變送控制器，具有通信功能的智能化數(shù)字儀表，以及帶有控制模塊和故障信息的執(zhí)行器，大大改變了現(xiàn)有設(shè)備的維護管理方式。通過各種智能網(wǎng)關(guān)、橋接器和路由器不僅實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的分段成組，還可實現(xiàn)現(xiàn)場控制系統(tǒng)向信息系統(tǒng)的集成。在這個意義上說，控制設(shè)備具有通信和信息處理的能力(承擔傳感測量、補償計算、數(shù)據(jù)處理和控制任務(wù))，該設(shè)備亦稱為“智能設(shè)備”。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備構(gòu)成對等(peertopeer)結(jié)構(gòu)，即每個設(shè)備負責直接將信息發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備，信息由設(shè)備的發(fā)送器以數(shù)據(jù)包形式發(fā)出，一個或多個接收器接收這些數(shù)據(jù)包。 現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自具有了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，并且采用可進行簡單連接的雙絞線作為總線，把多個測量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系糾。然而，DCS系統(tǒng)本身具有以下不可克服的問題： 1．一對一接線，不僅增加了安裝維護費用，也降低了系統(tǒng)的可靠性； 2．采用“操作站——控制站——現(xiàn)場儀表”三層主從結(jié)構(gòu)模式，仍存在著可靠性隱患； 3．各個DCS系統(tǒng)采用封閉的協(xié)議不利于系統(tǒng)的互操作： 4．模擬信號傳遞限制了傳輸介質(zhì)和拓撲結(jié)構(gòu)的選擇。目前我國對Lonworks技術(shù)的應(yīng)用以及智能建筑的設(shè)計剛剛起步，隨著業(yè)內(nèi)人士的更多了解，相信會有更廣泛的應(yīng)用前景。本文設(shè)計的智能家居節(jié)點采用單片機AT89S51作為主處理器來完成用戶的應(yīng)用程序，主要負責對各種現(xiàn)場信號進行采集、處理及控制，工作在并行從A方式下的神經(jīng)元芯片MC3150作為從處理器，主要完成與現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)上的各節(jié)點及中心控制室之間的通信工作。Lonworks技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：智能家居是近年來產(chǎn)生并迅速崛起的～種新型住宅，它是建筑藝術(shù)、生活理念與信息技術(shù)、電子技術(shù)等現(xiàn)代高科技的完美結(jié)合。 現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展使得Lonworks總線技術(shù)脫穎而出，本文簡要介紹了常用的幾種現(xiàn)場總線的概況以及Lonworks技術(shù)在現(xiàn)場總線技術(shù)中的地位和和優(yōu)勢，對Lonworks技術(shù)的技術(shù)核一tl,：神經(jīng)元芯片、LonTalk協(xié)議、Lonworks收發(fā)器等進行了詳盡的描述；重點介紹了集先進的計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)為一體的智能家居節(jié)點的開發(fā)與研制，并且對節(jié)點硬件電路的各種接口電路以及節(jié)點信號采集和信號輸出部分的軟件驅(qū)動進行了詳盡的設(shè)計。本系統(tǒng)設(shè)計的智能家居節(jié)點運用了當今工控領(lǐng)域最為先進的現(xiàn)場總線技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、容易產(chǎn)品化等優(yōu)點，產(chǎn)品是面向中等層次以上家庭的需求，具有廣泛的應(yīng)用市場。DCS將計算機引入到控制系統(tǒng)，用分散的I／O模板代替控制室儀表，將分散的測量點通過計算機進行集中監(jiān)控。它在制造業(yè)、工業(yè)過程、交通和樓宇等自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比，現(xiàn)場總線技術(shù)具有以下鮮明的特點：1．開放式控制網(wǎng)絡(luò)開放式控制網(wǎng)絡(luò)允許許多智能設(shè)備之間相互通信，而不需加入監(jiān)控設(shè)備并能負責整個系統(tǒng)級的控制算法。隨著微處理器價格不斷下降，可以將微處理器嵌入到價格低廉的控制器和控制設(shè)備?，F(xiàn)場總線技術(shù)采用自由拓撲結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場設(shè)備自治，以點對點通信方式實現(xiàn)分散基礎(chǔ)上的信息融合。 現(xiàn)場總線自20世紀80年代中期問世，傳統(tǒng)的自動化儀表、集散控制系統(tǒng)(DCS)、可編