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      基于神經元芯片的遠程水溫監控系統

         日期:2013-03-23     來源:工控之家網    作者:工控之家    4360    評論:0    
      核心提示:  在生產生活中,熱水的使用量非常大,而市面上流行的熱水器通常只能設定固定的溫度,并且一般需要在現場控制。但在許多工業場
        在生產生活中,熱水的使用量非常大,而市面上流行的熱水器通常只能設定固定的溫度,并且一般需要在現場控制。但在許多工業場合,經常需要對遠端熱水裝置的工作過程進行控制,使其生產出穩定的熱水,并可隨時調節水溫。本文使用普通的單股雙絞線作為網絡物理介質,設計了一個基于LON網絡的遠程監控系統,來完成上述功能。

       

      1 Lonworks總線和神經芯片

        Lonworks控制網絡是當前最為流行的現場總線之一,它的核心是神經元芯片(neuron chip)和LonTalk通信協議。LonTalk通信協議支持0SI/RM的所有七層模型,使得LON網絡與其他網絡有著良好的接口和兼容性。支持多種拓撲結構,通信介質可選雙絞線、電力線、紅外線、光纖、同軸電纜等媒介,使得網絡布線更加方便。應用程序采用面向對象的設計方法,通過網絡變量進行節點之間的數據交換,使網絡通信簡化為參數設置。

        本系統中用到兩種關鍵部件。

       ?。?)神經元芯片

        神經元(Neuron)芯片使用CMOS VLSI技術,允許運行價格低廉的控制網絡。其主要包括MCl43150和MCl43120兩大系列。神經元芯片的主要特點是:

        高度集成,所需要的外部部件較少;

        3個8位的CPU,輸入時鐘可選擇的范圍10~625Hz;

        片上存儲器;

        11個可編程I/O引腳(有34種可選擇的工作方式);

        2個16位定時器/計數器;

        15個軟定時器;

        5個網絡通信端口,有3種方式可選擇(單端反射、差分方式和專用方式);

        固件包括符合0SI七層協議的LonTalk協議,I/0驅動程序和事件驅動多任務調度程序;

        服務引腳用于遠程識別和診斷;

        48位內部Neuron ID用于唯一識別Neuron芯片;

        在兩大系列中,3120芯片內部包含E2PROM、RAM和ROM存儲器,而3150芯片內部無ROM,但擁有訪問外部存儲器的接口,可根據實際情況靈活配置存儲器。

       ?。?)收發器

        提供神經芯片與Lonworks網絡的物理通信接口。

      2 水溫監控系統硬件組成及工作原理

        本系統由監控結點、執行結點兩個結點組成。它們位于LON網絡的兩端,結構如圖l所示。

       

       

        本系統中選用單股雙絞線作為網絡介質,收發器采用Echelon公司的FTT-10A型收發器,兩個節點間通過網絡變量進行通信.

        在每個節點中,選用3150芯片外加一塊a2 KB的Flash存儲器芯片AT29C257來存儲應用程序、數據和通信協議等神經芯片固件。神經芯片和存儲器之間的連接如圖2所示。

       

       

        監控結點位于中心控制室,能顯示實時水溫,用戶通過它對遠端加熱裝置器進行水溫設置。監控節點中神經芯片的I/O部分電路如圖3所示。

       

       

        在本電路中,用戶調節電位器來設置水溫;電位器上得到的電壓經A/O轉換后變為O~100之間的數,發往執行結點,并在前兩個數碼管上顯示出來。執行結點傳過來的實時水溫顯示在后兩個數碼管上。為了充分利用芯片的I/0口,使用移位計數器74HC595擴展I/O口,采用芯片的串行輸出功能,I/O8作為時鐘信號,I/09作為數據輸出口,I/06作為數據鎖存控制端.根據實際情況的需要可用液晶顯示屏替換8段數碼管。

        執行結點位于加熱器端,它檢測水溫井將數值發往監控結點,接收監控結點發來的控制溫度數據/根據情況啟動/停止熱水器工作。執行節點中神經芯片的I/O部分電路如圖4所示。

       

       

        在本電路中,實時水溫由溫度傳感器檢測出,經A/D轉換后變為0~100之間的值,保存并發往監控結點。神經芯片把從監控結點收到控制溫度值與檢測溫度值相比較,若檢測值小,則閉合繼電器,加熱器開始工作;若檢測值大,則斷開繼電器,加熱器停止工作。

        為避免加熱器反復通斷電工作,可以設置一個可接受的溫度控制精度區間。本電路中設置為±3℃,即加熱時,當檢測溫度高過控制溫度3℃時才斷開繼電器;不加熱時,當檢測溫度低于控制溫度3℃時才閉合繼電器。

      3 軟件設計

        本系統軟件部分采用面向對象的程序設計方法,將檢測信號、控制信號、神經芯片I/O分別定義為不同的對象,使用NeuronC進行編程。監控節點與執行節點的程序見網站(www.dpi.com.cn)。

      結 語

        本文利用Lonwork網絡在單股雙絞線上實現較遠距離的節點通信,設計并實現了對遠端水溫的監控。本系統只涉及對溫度的控制,在實際應用中,只需增加簡單的電路和程序代碼,即可實現對壓力、氧氣含量(如公共浴室)等其他指標的控制。

       

       

       
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