现场总线水轮机组状态监测系统

2.1现场节点设计

现场节点既要接收上位机发出的采集命令，命令标准传感器采集现场信号；又要把采集到的现场信号通过LON总线送到上位机，由上位机进行处理。其结构如图2所示。

2.1.1节点组成

节点由神经元芯片Neuron3150、LONWORKS双绞线、网络收发器、程序程序器、数据存储器、十二位A/D转换芯片AD1674等组成。其中，3150神经元芯片选用TOSHIBA公司生产的TMPN3150；FLASHROM选用AT29C512；数据存储器（RAM）选用ISSI公司的IS61C256；Neuron3150芯片与LON总线的网络介质接口选用Echelon公司的自由拓扑型收发器FTT10A，它是一种变压器耦合收发器，可提供一个与双绞线的无及性接口，且支持网络的自由拓扑结构；网络通讯介质采用最常用的双绞线；A/D转换芯片采用性价比较高的AD1674芯片，其转换精度为1/2LSB，转换速率为100kSPS，具备三态输出缓冲区。

2.1.2存储空间分配

Neuron3150芯片片内存储器的地址范围为E800H～FFFFH，包含2KB的RAM（E800～EFFF）、0.5KB的EEPROM（F000～F1FF）、2.5KB的保留空间（F200～FBFF）和1KB的用于存储器映像I/O的空间（FC00～FFFF）。外部扩展存储器的地址由Neuron3150的地址引脚和控制引脚来确定：给FLASHROM分配的地址空间为0000～7FFF，其中，0000～3FFF的16KB空间用于系统固件（Firmware），系统固件实现了LonTalk协议，4000～7FFF的16KB空间用于用户程序代码；给RAM分配的地址空间为8000～E7FF的24KB地址空间；将E000～E7FF的2KB地址空间分配为外部设备的内存映像I/O的空间。

2.1.3A/D转换接口方案

本文在设计时曾考虑过使用Neuron芯片为A/D转换电路提供串行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方式实现起来需要占用Neuron芯片全部11个I/O接口，同时还要编程实现Neuron芯片的握手/令牌传递算法，开发费用和难度比较高。因此本文将节点保留的E000～E7FF的2KB地址空间分配给A/D转换芯片，作为AD1674的端口地址，采用内存映像的方法直接读取AD1674的数据。对于本设计而言，AD1674转换数据的高8位地址为E002H，低4位数据地址为E003H。由于实现软件没有使用NeuronC的内嵌函数，因此执行速度得到大幅度的提升，实验证明，对同样采用AD1674转换芯片的节点而言，采用这种方法设计的节点，采集速度超过了其它两种方法设计的采集节点的采集速度，而且节省了Neuron芯片的全部11个I/O引脚。

3 系统通信程序的设计

3.1现场节点通信程序

现场节点向上位机发送的数据首先发送到LONWORKS-ETHERNET互连适配器，该适配器实际上是一个特殊的LONWORKS节点，它把接收到的LON总线上的数据用UDP封装，然后通过以太网发送到上位机。

LONWORKS网络的节点之间的通信方式主要有两种方式：网络变量和显式消息。使用网络变量不必考虑消息的打包、发送以及接收问题，可以大大简化编程，缩短应用开发周期，但每个周期变量的数据长度一经确定就不能改变，且最多只有31字节。而显式消息的数据长度则是灵活可变的，最长可以是228字节，但实现方法更为复杂。鉴于水轮机组状态监测系统对数据传输的实时性要求较高，同时需要提高足球场采集数据的上传速度，因此希望每一次传送的报文包含尽量多的数据，因而在设计中采用显示消息的方式实现与上位机的通信，每个显式消息报文携带134个字节的数据，其中的128个字节为传送的数据，另外6个字节为附加信息。报文的帧结构如图3所示。