基于LonWorks现场总线技术的智能节点设计

10万次的数据写操作。

根据Echelon公司的推荐，这里选用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，存储空间总共为512kB。其中低字节空间用于存放神经元芯片的固件(包括LonTalk协议等)，高字节空间作为节点应用程序的存储区。

外部数据存储器扩展用于存储附加的应用程序读/写数据和作为附加的网络缓冲区及应用程序缓冲存储空间，SRAM采用HITACH公司生产的HM62256。HM62256含有512个扇区，每个扇区为64字节，总共存储空间为32kB，设计时只使用了24kB。图3为神经元芯片外部存储器扩展电路。

图3 神经元芯片外部存储器扩展电路图

收发器电路设计

收发器是智能节点与Lon网之间的接口。本设计选用ECHELON公司的FTT-10A自由拓扑双绞线收发器，该收发器可以连接到任何基于Neuron芯片的控制系统，支持无极性自由拓扑总线安装形式，它可支持星型、总线型和环型。自由拓扑结构能够减少系统安装时间、降低系统安装成本。

FTT-10A收发器由一个隔离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芯片的通信端口(CP)和时钟线、+5V电源及双绞线网络线相连。FTT-10A收发器自动检测输入时钟频率是在5MHz、10MHz还是20MHz。当无电源供给时收发器输出呈高阻状态，当收发器电源下降时不会影响网络通信。

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，要尽可能地耐高压，选用1000pF、2kV电容，电路设计时，C2和PCB火花隙连在一起，可有效地防止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，保证收发器放电安全可靠，通常选用BAV99或IN4148。

图4 FTT-10A收发器与神经元芯片接口电路图

时钟电路设计

3150 Neuron芯片时钟电路如图5所示。在神经元芯片内有振荡器，利用外接晶振可产生输入时钟。神经元芯片时钟频率范围在625KHz~10MHz之间，有效的输入时钟频率为：10MHz、5MHz、2.5MHz、1.25MHz和625KHz，时钟频率的精度必须为±1.5%或更高。本设计采用外接晶体振荡器的方法来产生10MHz输入时钟。

图5 时钟信号产生电路图

主控制模块及其外围设备接口电路设计

以单片机为核心的主控制模块及其外围设备接口电路主要负责与LonWorks控制模块的并行数据交换、对外围设备输入输出量的控制以及实现人机交互的键盘输入和LCD显示等。

电源与复位电路设计

考虑到设备的集中供电，本设计采用交流13.8V对每个节点或者设备供电。由于系统需要+5V电源，13.8V交流电通过整流桥3KBP06整流得到直流电，对其滤波后送往稳压器件7805进行转换，便可得到相应的稳定工作电压。7805芯片虽然具有输出稳定、温度系数小、内含过流及短路保护等优点，但长时间工作时，往往会散发比较多的热量，因此有必要在芯片的底槽上加固一散热片以保护芯片长期稳定工作，图6为电源电路原理图。

图6 电源电路原理图

复位电路采用复位芯片STC708，它具有较宽范围的用户自定义门限电压，具有上电复位、掉电复位和外部手动复位等功能，能进行电源稳压块前端掉电检测，可实现高/低电平两路复位信号输出，图7为复位电路图。

图7 复位电路图

STC89C516RD+及存储器扩展电路设计

主控制模块单片机选用STC89C516RD+。STC89C516RD+是完全兼容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/机器周期可反复设置。高达64k的用户应用程序空间和1280字节的片上集成RAM，以及256Byte的内存，最高工作频率可达40MHz，共有32根输入输出线、3个16位计时/计数器、8个中断源和一个串行口。本节点采用外部振荡器，其频率为11.0592MHz。

由于系统在终端显示、与外围设备和Neuron芯片通信等都涉及大量的数据交换和操作，需要占用较大的RAM空间，同时也为了让数据处理的速度更快，设计扩展了一片8k×8数据存储器HM6264。STC89C516RD+的存储器扩展电路如图8所示。

图8 STC89C516RD+存储器扩展电路图

人机交互接口电路设计

人机接口电路主要包括键盘和终端显示等。

为了减少对单片机I/O口的占用，设计采用非编码式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。

图9 键盘电路原理图

本智能节点采用厦门OCULAR公司生产的GDM12864，该LCD模块自带汉字库和常用字符，功能强大，操作简单。