(海思生產部推薦閱讀)
核心提示：LON神經元芯片和單片機雙處理器結構的模擬量輸入型智能節點的硬件和軟件的設計，采用模數轉換芯片的數據采集系統、單片機和神經元芯片的接口及神經元芯片和物理網絡的接口。數據采集、并行slaveA模式的通信和利用網絡變量發送信息三方面的軟件程序設計。
關鍵詞：LonWorks，LonWorks產品，LonWorks節點，神經元芯片，單片機，AI輸入
一、引言
信息技術飛速發展為工業過程控制領域對測控系統的速度、精度、成本等方面更高的要求提供了解決方法。
Lonworks網絡技術作為一種監控網絡系統的平臺，憑借單一的處理器（Neuron神經元芯片）已經很難勝任復雜的系統。大多數LON節點利用神經元芯片完成調度、通信等網絡控制任務，由于Neuron芯片是八位處理器,且只提供了11個通用 I/O 口，采用了基于事件巡檢的軟件調度機制，其控制功能較弱,無法完成實時性高的多進程、多任務的并行處理，常常不能滿足采集量和控制量要求較多的現場設備的要求。
為減少Neuron芯片在外部事件上的資源占用，以充分發揮它通訊上的優勢，能使現場設備之間快速地交換信息，滿足系統實時監控的要求，有必要設計一種雙處理器結構的LON節點，以提高網絡節點的控制能力。但是國內Lonworks開發隊伍人才少，門檻高。而單片機開發人才研發這樣的LON節點將對Lonworks技術起到重要的作用。在眾多類型的LON節點中，模擬量輸入（AI）型節點最具有代表性。
二、LON智能節點的整體設計
Lonworks技術給各種各樣的控制網絡應用提供了端到端的解決方案，為用戶方便實現網絡環境下的通信、控制、調度和輸入/輸出功能提供了技術支持。大多數LON點都是以神經元芯片為核心，采用標準的控制網絡協議LonTalk，將節點連接各種傳感器、執行器、儀表等，構成分布式監控網絡，并且通過雙絞線、電力線、無線電等各種通信媒體和不同廠商的Lonworks產品實現互操作。
Motoral公司的MC143150神經元芯片和ATMEL公司的AT89S51單片機作為節點的處理器，MC143150內部具有3個八位的CPU,分別用于介質訪問控制、網絡控制、應用處理，11個可編程的I/O口可以配制成34種對象，另外它還可以擴展外部存儲器，這樣可以擴大芯片的內部資源。
LON節點在控制網絡中主要負責測控和通信兩大任務，AT89S51單片機完成節點的測控任務，即模擬信號和數字信號的采集處理和輸出處理；利用MC143150芯片完成節點的通信任務。兩處理器的數據傳輸的速度要求較高，因此采用并行slaveA模式進行通信。
三、LON節點的硬件設計
1．LON節點測控單元設計
LON節點在現場底層利用ADC0809芯片采集模擬信號。ADC0809的數據口直接與單片機的P0口相連，并用74LS373鎖存A/D芯片的地址信息。啟動信號START由片選線P2.7與寫信號WR或非產生，當P2.7為低電平時，或非門敞開，允許寫信號通過，即一條向AD0809寫操作指令來啟動轉換。ALE與START相連，即按打入的通道地址接通模擬量通道并啟動轉換。輸出允許信號OE由讀信號RD與片選信號P2.7或非產生，即一條ADC0809的讀操作將數據輸出。時鐘信號由ALE輸出，采用74LS74觸發器進行分頻，P3.3與轉換結束引腳EOC相連，單片機通過通過查詢此引腳的高低電平檢驗是否完成一次A/D轉換。
LON節點由于應用在節點數不超過64個的網絡上，且各節點使用普通電源供電，電路板所支持的數據傳輸速率最高不超過1.25Mb/s，因此網絡配置選擇直接驅動接口是較為理想。直接驅動接口使用神經元芯片的內部收發器,并配有外接電阻、保護二極管和ESD（靜電放電）保護裝置。另外，為了使收發器的輸入管腳具有ESD保護，電路配置使用了2kΩ的電阻，并用51Ω的線路平衡電阻來預防短路和實現過壓保護。
3．MC143150與AT89S51接口設計
LON節點中MC143150與AT89S51的連接采用并行slave A模式。單片機作為主處理器，神經元芯片作為通信端口與網絡進行數據通信。單片機的P1口與神經元芯片MC143150的IO0～IO7相連作為8位數據總線，P2口的 P2.3、P2.4、P2.5作為MC143150的片選信號CS、讀/寫信號R/ W及握手信號HS，分別與神經元芯片MC143150 的IO8～IO10相連接。HS信號由神經元芯片MC143150的內部固件控制，當HS為高電平時，表示神經元芯片MC143150正在讀寫數據、處于忙狀態，當HS為低電平時，表示神經元芯片MC143150數據處理完畢，可以進行下一次通信。在總線上AT89S51和MC143150之間不斷交換一個虛擬的寫令牌，令牌的擁有者有寫數據或傳遞數據的權力。當單片機AT89S51判斷到HS信號為低時，在CS信號的下降沿將數據寫入數據總線，在CS信號的上升沿數據被神經元芯片MC143150的輸入緩沖區截取，同時導致HS 端變為高電平，當數據讀取結束時，HS被置低，等待下次通信。
四、LON節點的軟件設計
LON節點的軟件部分包括單片機AT89S51程序設計和神經元芯片MC143150程序設計，AT89S51用C51語言編制，MC143150用Neuron C語言編制。
ADC0809 七個模擬通道的地址為7FF8H～7FFFH,單片機AT89S51通過查詢引腳EOC的高低電平檢驗是否完成一次A/D 轉換。然后AT89S51向神經元芯片MC143150 傳輸數據，要將數據發送給MC143150，AT89S51必須模擬并行slaveA 模式的虛擬令牌傳輸協議，才能保證通信正常，MC143150由固件自動執行令牌傳遞協議,在任何給定的時間內,僅有一個設備擁有令牌,該令牌是一虛擬令牌,它決定著哪一設備擁有寫總線權,若 AT89S51 擁有令牌,它有權將準備好的數據發送給或將令牌交給MC143150,若MC143150 擁有令牌,它可將準備好的數據發送給AT89S51或交出令牌,因而令牌在AT89S51與 MC143150之間以乒乓方式來回傳遞。最后MC143150通過Lontalk協議將信息發送到網絡上，具體實現采用網絡變量這一形式。應用程序賦值給輸出網絡變量，然后Lontalk協議透明地將修改后的值構成網絡變量消息并將該消息傳遞到網絡層，網絡層將地址信息附加到消息中后傳遞到MAC（介質訪問控制）層，MAC層再附加上更多的信息到網絡變量消息中，并將消息傳遞到通道上能與之共享該網絡變量數據的其它節點，實現控制信息的傳輸。以下代碼為節點程序的關鍵語句。
/*單片機應用程序*/
#include
#include
#define ADC0809 XBYTE[0x7ff8]
adc0809
sbie eoc=P3^3; sbit cs=P2^3;
sbit hs=P2^5; sbit rw=P2^4;
void adc0809(unsigned char *ad)
{ unsigned char i;
unsigned char *ad_adr;
ad_adr=& ADC0809;
for(i=0;i<8;i++)
{ *ad_adr=0;
While(eoc==0);
ad[i]=* ad_adr;
ad_adr++;}}
void main ( )
{ unsigned char j;
unsigned char AD[8];
adc0809(AD);
while(hs==0);
rw=0；
for(j=0;j<8;j++)
{ cs=0;
P1=AD[j];
cs=1; }
}
/*神經元芯片應用程序*/
#define data_size 255
IO_0 parallel slave pbus;
Struct parallel_io_interface
{ unsigned int length;
unsigned int data[data_size];}piofc;
Network output SNVT_temp_f nvovar;
When(io_in_ready(pbus))
{ piofc.length=10;
nvovar=io_in(pbus,& piofc);
}
另外，根據實際測控網絡的應用要求，還可以對節點的配置屬性進行聲明，包括心跳和時限閾，配置屬性聲明的格式如下：
nv_properties
{ nciMinSendT,
nciMaxSendT }
（本文節選自網絡，不保證其正確性與完整性）
