各种非标准的设备，将这些设备悉数更新成的设备几乎是不或许或不现实的。因而，开发现有设备到现场总线的接口转化设备，使现场总线

　　本文的意图是将现场总线技能、非现场总线技能智能操控技能和单片机技能各自的优势有机地结合起来，规划一种既具有强壮现场处理功用，又具有通讯功用的智能操控节点。经过该智能操控节点，能够将传统仪器、设备挂接到LonWorks现场总线上，经LonWorks总线进行信息的传输与沟通。

　　如GPIB接口是现在许多仪器的专用接口，经过GPIB总线操控仪器端，完结长途操控。但是GPIB体系却遭到一些作业约束，如：①两个设备之间最大间隔4m，整个电缆的长度不得超越20m;②GPIB母线个设备，这首要是受TTL接口收发器驱动才能约束。当测验体系有必要运用多于15个器材时，需在操控器上再增加一个GPIB接口，即可多拉一条母线个设备。

　　本文以具有GPIB总线接口的设备为例，经过规划依据LON总线的智能节点，将依据GPIB总线接口的设备转化成LonWorks现场总线设备，进而将空间方位上涣散较远的依据GPIB总线的仪器仪表资源经过LonWorks网络有用联系起来，完结仪器的较长途操控和数据的剖析、处理与资源共享。

　　LonWorks节点是同物理上与之相连的I/O设备交互作用并在网上运用LonTalk协议与其他节点相通讯的目标。LonWorks现场操控节点包含：运用CPU、I/O处理单元、通讯处理器、收发器和电源等。

　　①以Neuron芯片为中心的操控节点，Neuron芯片直接作为通讯处理器和测控处理器，这类节点适合于I/O设备较简略，处理使命不杂乱的体系。

　　②选用主处理器结构的操控节点，即Host Base节点，Neuron芯片只作为通讯处理器，充当着LonWorks网的网络接口，节点运用程序由主处理器(一般用微操控器)履行，这类节点适合于对处理才能、输入/输出才能要求较高的体系，如图1所示。

　　本智能节点选用Host Base节点结构。通讯协议处理器选用Neuron 3150芯片，该固件中带有LonWorks网络通讯协议，该通讯协议集成了ISO悉数7层协议。节点选用网络变量的方法发送和接纳数据，通讯速率可达78.125kbps，关于总线或环型拓扑网络结构，最大通讯间隔可达2700m;关于星型或自在拓扑网络结构，最大通讯间隔可达500m，满意了长途测控的需求。

　　本节点的最首要部分是主处理器，选用STC89C516RD+，它既要接纳现场总线操控模块并行宣布的信息并且将它转化成非现场总线设备能接纳的信息格局，又要将非现场总线设备上的信息转化传送到现场总线操控模块。它是完结LonWorks现场总线体系和非现场总线设备间通讯的桥梁。

　　智能操控节点的整体结构如图2所示，首要分为LonWorks操控模块与主操控模块及其外围设备接口。

　　本节点将神经元芯片、FLASH ROM、RAM和收发器等集成为一个通用模块，称之为LonControl操控模块。以神经元芯片为中心的LonWorks操控模块首要担任对LON通讯网络的办理以及与单片机的并行数据通讯。

　　Neuron芯片是LonWorks技能的中心，每一个神经元芯片被赋予一个仅有的48位码的标识，称为标识码。它既进行通讯的办理，也一起具有输入、输出和操控的才能。介质拜访操控CPU处理LonTalk 7层协议的第1到第2层，包含驱动通讯子体系硬件和履行MAC算法;网络CPU处理LonTalk协议的第3到第6层，包含处理网络变量寻址业务、权限证明、布景确诊、软件计时器、网络办理和路由等，一起还操控网络通讯端口、物理的发送和接纳数据包;运用CPU履行用户用Neuron C言语编写的代码以及用户代码调用的操作体系指令。芯片内有3个8位流水线个CPU别离经过片内的网络缓存器和运用缓存器进行通讯。

　　TMPN3150有16根地址线k空间，能够外接存储器，如RAM、ROM、EEPROM或FLASH。依据运用功用和本钱要求，该智能节点的外部存储器选用FLASH和RAM。FLASH ROM不只能够在断电的情况下确保数据不丢掉，并且在上电情况下可进行理论上高达10万次的数据写操作。

　　依据Echelon公司的引荐，这儿选用Winbond的W29EE512P作为FLASH ROM扩展。W29EE512P是64k×8bit CMOS FLASH Memory，5V的电压即可对其进行片上编程和擦除。W29EE512P含有4k个扇区，每个扇区为128字节，存储空间一共为512kB。其间低字节空间用于寄存神经元芯片的固件(包含LonTalk协议等)，高字节空间作为节点运用程序的存储区。

　　外部数据存储器扩展用于存储附加的运用程序读/写数据和作为附加的网络缓冲区及运用程序缓冲存储空间，SRAM选用HITACH公司出产的HM62256。HM62256含有512个扇区，每个扇区为64字节，一共存储空间为32kB，规划时只运用了24kB。图3为神经元芯片外部存储器扩展电路。

　　收发器是智能节点与Lon网之间的接口。本规划选用ECHELON公司的FTT-10A自在拓扑双绞线收发器，该收发器能够衔接到任何依据Neuron芯片的操控体系，支撑无极性自在拓扑总线装置方法，它可支撑星型、总线型和环型。自在拓扑结构能够削减体系装置时间、下降体系装置本钱。

　　FTT-10A收发器由一个阻隔变压器和一个集成的78kbps微分曼切斯特编码收发器组成，收发器管脚与Neuron芯片的通讯端口(CP)和时钟线V电源及双绞线A收发器自动检测输入时钟频率是在5MHz、10MHz仍是20MHz。当无电源供应时收发器输出呈高阻状况，当收发器电源下降时不会影响网络通讯。

　　FTT-10A收发器与神经元芯片的接口电路如图4所示。C1是供电电源的解耦电容，选用“0.1uF，+5VDC”解耦电容;C2是静态放电电容，电容值较小，要尽或许地耐高压，选用1000pF、2kV电容，电路规划时，C2和PCB火花隙连在一起，可有用地避免收发器接入网络瞬间发生的电压“浪涌”现象;C3，C4为DC模块电容，选用22uF、+50V的极性电容;D1~D4为瞬态箱位二极管，确保收发器放电安全可靠，一般选用BAV99或IN4148。

　　3150 Neuron芯片时钟电路如图5所示。在神经元芯片内有振荡器，运用外接晶振可发生输入时钟。神经元芯片时钟频率规模在625KHz~10MHz之间，有用的输入时钟频率为：10MHz、5MHz、2.5MHz、1.25MHz和625KHz，时钟频率的精度有必要为1.5%或更高。本规划选用外接晶体振荡器的方法来发生10MHz输入时钟。

　　以单片机为中心的主操控模块及其外围设备接口电路首要担任与LonWorks操控模块的并行数据沟通、对外围设备输入输出量的操控以及完结人机交互的键盘输入和LCD显现等。

　　考虑到设备的会集供电，本规划选用沟通13.8V对每个节点或许设备供电。因为体系需求+5V电源，13.8V沟通电经过整流桥3KBP06整流得到直流电，对其滤波后送往稳压器材7805进行转化，便可得到相应的安稳作业电压。7805芯片尽管具有输出安稳、温度系数小、内含过流及短路维护等长处，但长时间作业时，往往会发出比较多的热量，因而有必要在芯片的底槽上加固一散热片以维护芯片长时间安稳作业，图6为电源电路原理图。

　　复位电路选用复位芯片STC708，它具有较宽规模的用户自界说门限电压，具有上电复位、掉电复位和外部手动复位等功用，能进行电源稳压块前端掉电检测，可完结高/低电平两路复位信号输出，图7为复位电路图。

　　主操控模块单片机选用STC89C516RD+。STC89C516RD+是彻底兼容8051内核的单片机，和8051单片机在指令级上兼容，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可重复设置。高达64k的用户运用程序空间和1280字节的片上集成RAM，以及256Byte的内存，最高作业频率可达40MHz，共有32根输入输出线个中止源和一个串行口。本节点选用外部振荡器，其频率为11.0592MHz。

　　因为体系在终端显现、与外围设备和Neuron芯片通讯等都触及很多的数据沟通和操作，需求占用较大的RAM空间，一起也为了让数据处理的速度更快，规划扩展了一片8k×8数据存储器HM6264。STC89C516RD+的存储器扩展电路如图8所示。

　　为了削减对单片机I/O口的占用，规划选用非编码式2×4矩阵键盘。键盘电路原理如图9所示，DIG0~3与SEGA、B接扩展芯片74LS373上。

　　本智能节点选用厦门OCULAR公司出产的GDM12864，该LCD模块自带汉字库和常用字符，功用强壮，操作简略。它首要由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显现器组成，与CPU接口选用8位数据总线并行输入输出。

　　单片机与液晶操控模块之间经过扩展一个锁存器74LS373的拜访方法，使STC89C516RD+运用数据总线液晶显现模块。其间，数据口P0与液晶显现模块的数据口经过锁存器相连，单片机的R/W作为液晶显现模块的读、写操控信号，液晶模块的/RST与外部复位电路的复位端相连，液晶模块的/CE信号端由P2.6进行片选操控，RS信号由单片机I/O口操控，高电平时为指令口地址，低电平时为数据口地址。电位器RW1用来调理显现屏的亮度。液晶模块与STC89C516RD+的电路衔接如图10所示。

　　主副操控器之间选用并行I/O方法，STC89C516RD+运用数据总线和操控信号与LonWorks操控模块进行通讯，并依据操控模块接口J2的引脚界说来规划相互之间的衔接。单字节并行通讯接口模块由两块74HC574和一块74HC74芯片组成，74HC574是带三态输出操控的8D触发器，数据的输入由CLK脚上升沿操控，数据的输出由OC脚低电平选通。74HC74是带预置端和铲除端的双D触发器，接口电路中因为它的数据输入端D接地、输出铲除端CD接正电源，所以其数据输出端Q由CLK脚上升沿置低、由SD脚低电平置高。并行通讯接口经过其对称的两个接口别离与要进行数据沟通的A机(主操控模块)和B机(LonWorks操控模块)相连。主副操控器通讯接口电路如图11所示。

　　②操控写信号(WR)，即上升沿，把D0~D7上数据选通到U5中锁存，一起使INTS变低，恳求B机接纳数据;

　　③B机收到INTS低电平恳求信号后，操控IORS发生低电平，把U5中锁存的数据选通输出到数据总线上，一起使INTS置高，开释数据总线;

　　④B机操控IOWS发生上升沿，使INTM变低，告诉A机能够持续发送数据;

　　重复上述进程，就能完结A机到B机的多个数据传送。B机到A机的数据传送的作业原理同上。

　　本节点设备端运用GPIB专用芯片TNT4882完结GPIB接口功用，TNT4882是美国NI公司的一款单芯片、高速、听/讲功用兼备的GPIB接口专用芯片。TNT4882芯片运用简略灵敏，可方便地衔接各种8位和16位处理器，除了40MHz的时钟外不需求其他任何外围芯片即能直接与GPIB总线有三种不同的硬件接口形式：单片形式、Turbor+7210形式以及Turbor+9914形式，本规划选用单片形式。GPIB完结的硬件衔接如图12所示。

　　软件的首要功用是经过单片机从GPIB总线获取数据，并将数据送到LON网络上相应节点，或将LON网络传送过来的数据发给单片机，经转化后发送至GPIB总线。本节点中Neuron芯片需求完结与单片机之间的通讯，一起作为与LonWorks网络的通讯处理器还需完结与底层各节点的数据沟通。而主操控器单片机则首要完结与LonWorks操控模块的并行通讯、操控TNT4882芯片获取GPIB总线上仪器仪表设备的数据以及外围电路的驱动。在此首要介绍单片机与GPIB接口的软件规划。

　　GPIB体系中各设备的作业速度或许相差悬殊，为了确保多线音讯能双向、异步、精确可靠地传递，GPIB母线中设置了三条握手线(DAV、NRFD和NDAC)。源方和受方之间运用三线握手技能以异步方法来进行数据传送。因为本节点选用TNT4882完结GPIB数据的收发，因而对GPIB总线进行操控即可，数据传送进程可经过TNT4882芯片自行完结。单片机操控TNT4882对GPIB数据的收发有中止方法、查询方法和DMA方法。本文选用查询方法来操控TNT4882完结对GPIB总线的操控，其作业流程如图13所示。当初始化完结后，程序不断地读取TNT4882的状况位判别当时TNT4882所在的状况，假如为听者状况，单片机接纳数据，假如为讲者状况，单片机发送数据。

　　本文以含GPIB接口总线的仪器仪表设备为例，规划了将GPIB总线上的仪器仪表设备接入LonWorks现场总线网络的智能节点，给出了智能节点的整体规划方案;并对智能操控节点进行了具体的硬软件规划，给出了规划电路。