2.1現(xiàn)場節(jié)點設計

現(xiàn)場節(jié)點既要接收上位機發(fā)出的采集命令，命令標準傳感器采集現(xiàn)場信號；又要把采集到的現(xiàn)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(jié)點組成

節(jié)點由神經(jīng)元芯片Neuron3150、LONWORKS雙絞線、網(wǎng)絡收發(fā)器、程序程序器、數(shù)據(jù)存儲器、十二位A/D轉換芯片AD1674等組成。其中，3150神經(jīng)元芯片選用TOSHIBA公司生產(chǎn)的TMPN3150；FLASHROM選用AT29C512；數(shù)據(jù)存儲器（RAM）選用ISSI公司的IS61C256；Neuron3150芯片與LON總線的網(wǎng)絡介質(zhì)接口選用Echelon公司的自由拓撲型收發(fā)器FTT10A，它是一種變壓器耦合收發(fā)器，可提供一個與雙絞線的無及性接口，且支持網(wǎng)絡的自由拓撲結構；網(wǎng)絡通訊介質(zhì)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(tài)輸出緩沖區(qū)。

2.1.2存儲空間分配

Neuron3150芯片片內(nèi)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(tǒng)固件（Firmware），系統(tǒng)固件實現(xiàn)了LonTalk協(xié)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)Neuron芯片的握手/令牌傳遞算法，開發(fā)費用和難度比較高。因此本文將節(jié)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(nèi)存映像的方法直接讀取AD1674的數(shù)據(jù)。對于本設計而言，AD1674轉換數(shù)據(jù)的高8位地址為E002H，低4位數(shù)據(jù)地址為E003H。由于實現(xiàn)軟件沒有使用NeuronC的內(nèi)嵌函數(shù)，因此執(zhí)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(jié)點而言，采用這種方法設計的節(jié)點，采集速度超過了其它兩種方法設計的采集節(jié)點的采集速度，而且節(jié)省了Neuron芯片的全部11個I/O引腳。

3 系統(tǒng)通信程序的設計

3.1現(xiàn)場節(jié)點通信程序

現(xiàn)場節(jié)點向上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)首先發(fā)送到LONWORKS-ETHERNET互連適配器，該適配器實際上是一個特殊的LONWORKS節(jié)點，它把接收到的LON總線上的數(shù)據(jù)用UDP封裝，然后通過以太網(wǎng)發(fā)送到上位機。

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