基于总线的温度可循环控制系统现场节点.docx

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1、基于总线的温度可循环控制系统现场节点ronggang导语：本文给出了温度控制系统现场节点总体的设计方案以及开发的流程，然后针对温度控制节点分别从硬件和软件两个方面进展介绍摘要：温度控制系统在工业上的应用较多，控制软件更是因实际功能需求不同而有所不同。本文给出了温度控制系统现场节点总体的设计方案以及开发的流程，然后针对温度控制节点分别从硬件和软件两个方面进展介绍，硬件方面主要是LonWorks控制模块与外围电路的设计，而软件方面主要是针对现场节点的数据收集模块、数据控制模块的实现。关键字：总线;控制系统;温度;LonWorksbalign=centerDesignofFieldNodeinaTe

2、mperatureCircularControlSystembasedonBusTechnology/align/bAbstract:Theapplicationofthetemperaturecontrolsystemispopularintheindustryfields,anditsdifferentregardingthedifferentfunctionrequirement.Itprovidedthedesignedmethodandthedevelopmentflowoftemperaturecontrolsystem,thenrespectivelycarriesonthein

3、troductioninviewofthetemperaturesystemfromthehardwareandthesoftware,inthehardwareaspectistheLonWorkscontrolmoduleandtheperipherycircuitdesign,inthesoftwareaspectismainlyaimsatdatasamplemodule,thedatamanagemodule.Keywords:Bus;ControlSystem;Temperature;LonWorks作为经过自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互联通讯网络，现场总

4、线具有开放式、数字化、多点通讯等特点，在诸多的现场总线标准中，LonWorks以其特有的优良性能脱颖而出。LonWorks是一种完好的、全开放、可互操纵，目前已特别成熟的分布式控制网络技术。本文利用LonWorks开发平台设计一个温度可循环控制系统的现场节点。2硬件电路总体方案align=center图1温度控制系统节点的硬件框图/align温度控制系统节点的硬件框图如图1所示，温度控制节点应该包括以下两个主要功能块：LonWorks控制模块与外围接口电路。在本设计的温度控制系统中，不仅需要实现数据的收集，还应能对底层设备进展控制，根据此需求，本设计提出一种改良的数据收集节点方案，在传统设计根

5、底上增加了一个D/A转换电路，通过该电路可以将节点发出的指令传给模拟设备，实现对数据收集经过的控制。3LonWorks控制模块的电路设计LonWorks控制模块是指在进展基于Neuron芯片开发的一个通用节点，它包括Neuron芯片、存储器、收发器、I/O接口以及网络端口等，实如今现场使用时即插即用，到达高效、低本钱开发的目的。Neuron芯片包括Neuron3120和Neuron3150两种型号。此处选用Neuron3150，它使用灵敏，可以知足本系统的应用。1、Neuron芯片通讯端口Neuron芯片能支持多种传输媒介，最为通用的是构成双绞线、电力线网络。其他的还有射频RF、红外光波、光纤

6、以及电缆等。Neuron芯片拥有多功能的通讯端口，通过不同的配置，它的5个引脚可以与多种传输媒介接口相连接，且可实现较宽范围的传输速率。它一共有三种工作方式，分别是单端、差分以及专用工作方式。双绞线收发器FTT-10A在Neuron芯片和LonWorks网络之间提供了一个物理的接口。FTT-10A自由拓扑双绞线收发器合适于各种通讯媒介和拓扑构造。双绞线收发器FTT-10A自由拓扑双绞线收发器支持星型、总线型、环型拓扑构造。其速率可到达78kbps，最远通讯间隔为2700m，并可由重复器延长。Neuron3150芯片与FTT10A的连接如图2所示。align=center图2Neuron3150

7、芯片与FTT-10A的连接图/align2、Neuron芯片外接存储器在本设计中我们采用的是具有64K字节存储容量的存储器AT29C512，它可以在掉电的情况下保证数据不丧失，同时在上电的情况下还可以对它进展有限次数的数据写操纵。4外围接口电路设计温度控制节点的外围接口电路主要包括温度收集电路、A/D转换、D/A转换电路以及电源电路。1温度收集电路温度收集电路的主要是利用集成温度传感器AD590来将现场的温度值转化为电压值。详细的温压转换电路如图3所示。align=center图3温度收集电路原理图/alignAD590是美国模拟器件公司消费的单片集成两端感温电流源。在温度收集电路中，电位器R

8、14用于调节零点，R15用于调整运算放大器LM324的增益。调整的方法如下：在0时调整R14，使输出A1N1=0V，然后在100时调整R15，使AIN1=5V。如此反复调整屡次，直至在0时，AIN1=0V，在100时AIN1=5V为止，最后在室温下进展效验。2A/D转换电路A/D转换电路主要的作用是把收集到的电压值转换为数字信号。A/D转换主要是用美国MAXIM公司的MAX186芯片来实现的，它内含8通道多路切换开关、高带宽跟踪/保持器、12位逐次逼近A/D转换器、串行接口电路等，MAX186自带4.096V的参考基准源，本身即为一完好的单片12位数据收集系统。Neuron3150的11个I/

9、O口中，IO0到IO3具有高电流吸收才能，可以直接驱动一些小功率设备;IO0到IO7具有低电平检测锁定功能;此外所有管脚都具有TTL电平输入功能。这些管脚可以灵敏地配置成34种不同的I/O对象，用以知足用户的不同需求。本系统选用的是NeuronwireI/O对象，该对象使用Neuron芯片的IO8，IO9，IO10和IO0到IO7中的任意一个管脚，可以实现最多255比特的双向串行数据传输，Neuronwire主形式使用Neuron芯片的管脚IO8作为时钟输入，IO9和IO10分别作为串行数据的输入和输出，以此构成一个简单的三线总线构造。3D/A转换电路D/A转换电路的主要作用是在温度控制节点对

10、现场收集的数据进展处理后，将处理的信息反应到现场设备。D/A转换主要是利用MAX522芯片来实现的。MAX522芯片内有2路8位电压缓冲输出D/A转换器DACA和DACB，8脚节省封装和DIP封装，DACA端缓冲器工作电流可达5mA，DACB端缓冲器工作电流可达500A，MAX522工作在单向电压+2.7V+5.5V。MAX522具有3线串行接口，工作电压可以到达5MHz可直接与SPITM，QSPITM，MicrowireTM兼容。它有一个I6位输入移位存放器包含8位DAC输入数据和8位DAC选择和关断控制。在/CS的正边沿数据可以存入到DAC存放器。其中IO7作为片选端，IO8作为时钟输入，

11、IO9作为串行数据的输入。4电源电路温度控制系统的电源电路如图4所示。本系统使用外部220V沟通供电，经过变压器变压，桥式整流和电容滤波以及可调试三端稳压器CW317调节后，可以输出连续可调的直流电压，可调范围39V。align=center图4温度控制系统电源电路图/align如图4所示，可调式三端稳压器CW317，其特征参数Vo=1.2V3.7V，Iomax=1.5V，最小输入、输出压差Vi-Vomin=3V，最大输入、输出压差Vi-Vomax=40V。R1与RP1组成电压输出调节电路，输出电压Vo为：1R1的值为120-240，流经R2的波动电流为5mA10mA，RP1为精细可调电位器，

12、电容C3与RP1并联组成滤波电路，以减少输出的纹波电压，二极管D5的作用是防止输出端与地短路时损坏稳压器。集成稳压器的输出电压Vo与稳压电源的输出电压一样，稳压器的最大允许电流ICM2式中，Vomax为最大输出电压，Vomin为最小输出电压，Vi-Vomin为稳压器的最小输入、输出电压差，Vi-Vomax为稳压器的最大输入、输出电压差。由式1可得Vo1.251+RP1/R1，取R1=240，那么RP1max=1.49K，故取RP1为4.7K的精细线绕可调电位器。由式2可得输入电压Vi的范围为3副边电压V2Vimin/1.1=12/1.1V，取V2=11V，副边电流I2Iomax=0.8A，取I

13、2=1A，那么变压器副边输出功率P2I2V2=11W，查表之后可以知道变压器的效率=0.7，那么原边输入功率P1P2/=15.7W。为留有余地，选功率为20W的电源变压器。整流二极管D1，D2，D3与D4选IN4001，滤波电容C1，C2可以取2200F/25V的电解电容。应在变压器的副边接入保险丝FU，以防电路短路损坏变压器或者其他器件。5温度控制系统节点的软件设计在软件方面，温度控制系统节点的功能主要靠数据收集和数据控制两局部软件来实现。基于Neuron3150芯片的节点，程序完全使用NeuronC编写，其总体构造源程序一般是先定义变量、函数以及I/O口的使用情况，然后编写子程序以及whe

14、n语句调度程序。根据工程的要求，本节点需要实现两项功能：通过I/O接口对模拟数据进展收集，对其进展A/D转换后传送至上层PC，供监控人员监测;2、接收上层发出的控制信息，通过I/O接口进展D/A转换，然后传送至底层，实现对现场设备的控制。因此，本节点的软件设计与实现主要包括两局部：数据收集和控制。数据收集和数据控制所使用的I/O对象是一样的，都是应用了NeurowireI/O对象。通过定义NeuronI/O对象，Neuron芯片可以实现与外设的同步，并完玉成双工串行通讯。NeuronI/O对象可配置为主控方式或者被控方式。当为主控方式时，Neuron芯片可以同时带多个遵循Motorola公司S

15、PI接口的外设。本文作者创新点：本文提出了一种基于总线技术的温度可循环控制系统现场节点的研究，完成了LonWorks控制模块设计及软件开发。该节点方案针对于详细的温度收集电路，集成了A/D和D/A转换模块，既完成了常规的数据收集工作，又方便监控人员对现场进展控制。参考文献：1马莉.智能控制与Lon网络开发技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2003，2：63-67.2刘波，关硕.LonWorks现场总线与模拟设备接口电路设计J.现场总线技术，2003，3：22-24.3任清珍，王宁芳.基于LonWorks总线的高速数据收集节点的实现J.中国仪器仪表，2003.4：10-12.4杨才表，赵建龙.基于812的芯片温度控制系统的研究J.微计算机信息，2007，9-1：43-44.作者简介：刘砚菊1965.10-，女，辽宁省本溪市，副教授，硕士，研究方向：从事经过参数收集与检测和网络化测控的研究。张景异1965.8-，男，辽宁大连人，沈阳理工大学教务处，教授，硕士，研究方向：信息系统和经过控制。王敏亮1968.6-，男，辽宁沈阳人，单位：沈阳理工大学科研产业处，工程师，研究方向：计算机应用