現場總線水輪機組狀態監測系統

2.1現場節點設計

現場節點既要接收上位機發出的采集命令，命令標準傳感器采集現場信號；又要把采集到的現場信號通過LON總線送到上位機，由上位機進行處理。其結構如圖2所示。

2.1.1節點組成

節點由神經元芯片Neuron3150、LONWORKS雙絞線、網絡收發器、程序程序器、數據存儲器、十二位A/D轉換芯片AD1674等組成。其中，3150神經元芯片選用TOSHIBA公司生產的TMPN3150；FLASHROM選用AT29C512；數據存儲器（RAM）選用ISSI公司的IS61C256；Neuron3150芯片與LON總線的網絡介質接口選用Echelon公司的自由拓撲型收發器FTT10A，它是一種變壓器耦合收發器，可提供一個與雙絞線的無及性接口，且支持網絡的自由拓撲結構；網絡通訊介質采用最常用的雙絞線；A/D轉換芯片采用性價比較高的AD1674芯片，其轉換精度為1/2LSB，轉換速率為100kSPS，具備三態輸出緩沖區。

2.1.2存儲空間分配

Neuron3150芯片片內存儲器的地址范圍為E800H～FFFFH，包含2KB的RAM（E800～EFFF）、0.5KB的EEPROM（F000～F1FF）、2.5KB的保留空間（F200～FBFF）和1KB的用于存儲器映像I/O的空間（FC00～FFFF）。外部擴展存儲器的地址由Neuron3150的地址引腳和控制引腳來確定：給FLASHROM分配的地址空間為0000～7FFF，其中，0000～3FFF的16KB空間用于系統固件（Firmware），系統固件實現了LonTalk協議，4000～7FFF的16KB空間用于用戶程序代碼；給RAM分配的地址空間為8000～E7FF的24KB地址空間；將E000～E7FF的2KB地址空間分配為外部設備的內存映像I/O的空間。

2.1.3A/D轉換接口方案

本文在設計時曾考慮過使用Neuron芯片為A/D轉換電路提供串行I/O及并行I/O接口方式。然而串行I/O方式速度太慢；并行I/O方式實現起來需要占用Neuron芯片全部11個I/O接口，同時還要編程實現Neuron芯片的握手/令牌傳遞算法，開發費用和難度比較高。因此本文將節點保留的E000～E7FF的2KB地址空間分配給A/D轉換芯片，作為AD1674的端口地址，采用內存映像的方法直接讀取AD1674的數據。對于本設計而言，AD1674轉換數據的高8位地址為E002H，低4位數據地址為E003H。由于實現軟件沒有使用NeuronC的內嵌函數，因此執行速度得到大幅度的提升，實驗證明，對同樣采用AD1674轉換芯片的節點而言，采用這種方法設計的節點，采集速度超過了其它兩種方法設計的采集節點的采集速度，而且節省了Neuron芯片的全部11個I/O引腳。

3 系統通信程序的設計

3.1現場節點通信程序

現場節點向上位機發送的數據首先發送到LONWORKS-ETHERNET互連適配器，該適配器實際上是一個特殊的LONWORKS節點，它把接收到的LON總線上的數據用UDP封裝，然后通過以太網發送到上位機。

LONWORKS網絡的節點之間的通信方式主要有兩種方式：網絡變量和顯式消息。使用網絡變量不必考慮消息的打包、發送以及接收問題，可以大大簡化編程，縮短應用開發周期，但每個周期變量的數據長度一經確定就不能改變，且最多只有31字節。而顯式消息的數據長度則是靈活可變的，最長可以是228字節，但實現方法更為復雜。鑒于水輪機組狀態監測系統對數據傳輸的實時性要求較高，同時需要提高足球場采集數據的上傳速度，因此希望每一次傳送的報文包含盡量多的數據，因而在設計中采用顯示消息的方式實現與上位機的通信，每個顯式消息報文攜帶134個字節的數據，其中的128個字節為傳送的數據，另外6個字節為附加信息。報文的幀結構如圖3所示。