节点设计论文范文

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第1篇

关键词：CAN智能节点；MSP430；MCP2510；数据通信

1引言

CAN总线是控制器局域网（ControllerAreaNet-work）总线的简称，它属于现场总线范畴，是一种能有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，它可将挂接在现场总线上作为网络节点的智能设备连接成网络系统，并进一步构成自动化系统，从而实现基本的控制、补偿、计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。

CAN总线智能节点在分布式控制系统中起着承上启下的作用。它位于传感器和执行机构所在的现场，一方面和上位机（PC或者工控机）进行通信，以完成数据交换；另一方面又可根据系统的需要对现场的执行机构或者传感器进行控制和数据采集。它常常将一些简单的过程控制程序放在底层模块中，从而减少了通信量，提高了系统控制的实时性。因此，智能化模块设计在CAN系统中有着十分重要的作用。

本文将给出一种用MSP430单片机和MCP2510CAN控制器组成的总线智能节点的设计方案（见图1），该方案中的单片机和CAN控制器通过标准的SPI接口进行通信，因此，该节点能够完成对被控器件的数据采集上报，并接受上位机的命令，进而进行解析以完成对执行机构的控制。为了调试简单，本方案作了一些改动：一是使MCP2510工作在环回模式，也就是数据由发送缓存直接发送到接收缓存，由于不经过CAN收发器和CAN总线，而只是使用了它的一个发送缓存和一个接收缓存，因而方便了调试；二是把被控器件的数据采集和对执行机构的控制部分略去，而这些功能在以后可以方便地添加，这样，在实际使用时，只要对程序稍作修改就可应用。

2硬件设计

本设计的整个接口模块主要由两部分组成：CAN控制器MCP2510和微控制器MSP430。图2所示是该智能节点的部分电路硬件原理图。下面对主要部分功能作一介绍。

2．1MSP430F1232简介

MSP430系列微控制器是TI公司推出的功能强大的超低功耗16位微处理器。它集成了丰富的片上资源，因而开发方式十分简便，可以用C语言编写出效率很高的程序。所选MSP430F1232的工作电压为1．8～3．6V，内含8kBFLASH存储空间。片内集成了看门狗定时器（WTD）、基本时钟模块、US-ART、10位ADC、和带有3个捕获／比较器的16位定时器，因而片上资源十分丰富，完全可以满足一般的需要，同时减少了设计的复杂度。与其它单片机相比，MSP430的I／O端口功能更强，可实现双向的输入、输出，并可完成一些特殊的功能，如A／D转换、捕获比较等；另外，它还可以实现I／O的各种中断。

本设计中，MSP430的作用有两个：一是对执行机构的控制以及对输入模拟量或者开关量的信号采集；二是利用UART模块通过SPI模式与MCP2510通信并控制MCP2510以实现CAN规范。

2．2MCP2510简介

MCP25101是Microchip公司推出的功能很强的CAN控制器芯片，它支持CAN1．2、2．0A及2．0B规范；其内部结构见图3所示。该芯片内含3个发送缓存和2个接收缓存，可以对发送优先级进行管理，可滤除无用信息，MCP2510有6个可编程滤波器，而且中断资源十分丰富。最可贵的是，它可以通过标准的SPI接口与微控制器进行通信，从而放宽了MCU的选择范围使得所有单片机都有接入的可能。

MCP2510的主要功能是在MCU的控制下实现CAN规范，它内部的所有寄存器和控制寄存器都映射到一个地址表上，MCU可以使用相应的命令格式通过标准的SPI接口来完成对MCP2510的初始化、工作状态的控制以及数据的读写。此外，MCP2510产生的中断还可以反馈给MCU来处理。

2．3系统时钟

由于MSP430的时钟频率决定着指令周期，因而该时钟直接影响SPI接口的速率。MSP430F1232有两个可选的时钟：一是外部低速32．768kHz的时钟晶体；二是采用内部数控DCO的可调频率。本设计直接采用它内部的数控DCO作为它的主时钟MCLK和SMCLK，由于直接工作在800kHz，因而免去了使用晶体。MCP2510采用标准的4MHz晶体。MSP430中USART模块的CLK可由系统时钟分频得到，速率设定也十分方便。实际上，MCP2510输出到总线的速率也可通过设置内部寄存器的控制分频系数来调节。

此外，由于MCP2510的输出信号驱动能力不够，而且与CAN总线物理接口的要求存在很大的差异，所以，在实际应用中必须使用CAN收发器（如MCP2551等），它可支持的CAN速率最高可达1Mbps，而且容错能力很强。此外，它内部还有很强的保护电路，可以防止总线的其它节点对它的影响。

3软件设计

在进行本系统节点的软件设计前，首先简要说明一下MCP2510的指令格式，MCP2510的5条指令如表1所列。

表1MCP2510指令格式

指令指令格式说明

复位11000000使内部寄存器复位,进入配置模式

读取00000011从寄存器读取数据,指令在前,地址随后

写入00000010写数据到寄存器,指令在前,地址和数据随后

发送请求10000nnn对发送缓存发送信息进行初始化

状态读取10100000读取常用状态寄存器的某些位数据

位修改00000101对豁口的某几件位修改

在使用时，可以把这些指令直接编写成函数形式，这样可使程序简练易读。同时，发送请求的硬件触发只需把TXnRTS置低即可。实际上，接收缓存收到信息后也能产生硬件触发，并在TXnRTS引脚产生低电平输出。

本设计的主程序流程图如图4所示。

上电复位后，MSP430首先完成自身模块的初始化，其任务主要是选择时钟模块中的时钟、使USART模块工作于SPI模式、以及对看门狗定时器的配置等；然后对MCP2510进行初始化，以对寄存器进行设置。需要注意的是，MCP2510只有在配置模式下才可以对控制参数进行配置，但它在复位以后就是配置模式。

当配置MCP2510到环回模式后，MSP430将写数据到MCP2510的发送缓存并控制其发送，此后，在接收缓存收到数据后，INT引脚将产生低电平中断以通知MSP430，MSP430响应中断后将读取数据，并和发送的数据进行比较，以验证程序的可行性。需要注意的是，无论是对MCP2510的读还是写，都必须使它的CS引脚处于低电平。

在实际应用中，MSP430和MCP2510都可以进入睡眠模式，并可以由中断来激活。整个节点的主要功能均由中断子程序来完成，其中的一部分是MSP430自身的中断（看门狗定时器溢出中断、SPI接收发送中断、ADC中断等），另一部分是MCP2510引起的中断，这部分中断资源十分丰富，包括信息接收发送中断、信息错误中断、总线激活中断等。它产生的所有中断都能使INT引脚为低电平，单片机在检测到这些中断后，将通过SPI接口读取MCP2510内部的中断标志寄存器以判断是何中断，然后再进行进一步处理。

第2篇

关键词：现场总线LonWorks智能节点神经元芯片双口RAM

引言

LonWorks(LocalOperatingNetworks，局部操作网络)总线是由美国Echelon公司推出的一种现场总线技术。由于LonWorks控制网络的开放性、高速性和互操作性，它已广泛用于工业、楼宇、家庭、办公设备、交通运输、能源等自动化领域。EIARS-232-C/RS-485通信网络在控制系统中应用最为普及，许多设备大都只提供RS-232或RS-485/422接口，不能直接接入LonWorks网络。因此，需要将现场LON网络介质上的信息转换为RS-232-C/RS-485标准的信号，或将RS-232-C/RS-485标准信号转换为包含LonTalk协议的数据，从而实现不同网络间的数据传输，同时也为上位PC机、底层工作站提供转换接口。本文所设计的LonWorks智能通信节点方便地与EIARS-232-C/RS-485标准的串行I/O设备进行通信，轻松实现现场节点与上位PC机或其它RS-232-C/RS-485控制设备之间的可靠、准确、快捷数据传递。

1LonWorks智能通信节点的硬件结构

1.1节点硬件电路设计

智能节点以Neuron神经元处理器芯片为核心，其硬件电路还包括收发器、EEPROM、双口RAM、译码电路和service电路等。以神经元芯片构成网络接口，由它通过LonTalk协议与网上的其它智能节点通信，并通过双口RAM的访问实现与其它网络系统的数据交换。节点中用双口RAM充当不同网络通信过程中现场信息的接收、发送缓冲区，完成最近发送到达的交换数据的存储转发功能，缓解和避免系统缓存紧张和瓶颈的产生。用非易失性存储器EEPROM存放LonTalk网络协议固件、多任务调度程序、网络适配器通信管理程序以及网络配置信息等。节点的硬件组成结构如图1所示。

智能节点的基本结构可分为两部分：以Neuron3150神经元芯片主构成的LonWorks现场总线一侧，其基本功能是实现LON网络上的智能节点功能；另一侧是由单片机系统构成的串行通信接口，其功能是实现EIARS-232-C/RS-485标准的串行通信。在这两部分间采用了双口RAMCY7C130芯片作为数据共享区。CY7C130通信接口电路的左端口与Neuron3150芯片连接，右端口与8051单片机系统连接，如图2所示。双口RAM的两端都有独立的数据线、地址线和控制线，两端都可对双口RAM的任意单元进行操作。只要两端不同时对同一地址单元进行操作就不会发生冲突。BUSY显示本端口想要存取的地址正在被另一个端口操作，发生硬件冲突时，后操作一端的BUSY信号有效。

在应用中分别对双口RAM1KB的存储空间进行定义，即CY7C130的同一存储单元对于Neuron3150芯片及8051单片机系统各有一个地址，这样两个系统均能对其进行存取操作。在智能节点中，Neuron3150芯片对1KB空间的地址为D000H～D3FFH。8051单片机系统对它的定义为0000H～03FFH。值得注意的是，CY7C130芯片3FFH和3FEH两个单元被用作固定用途：当左端Neuron3150芯片向3FFH单元写入数据时，将产生中断信号INTR；同理，当右端8051单片机向3FEH单元写入数据时，将产生中断信号INTL。利用这两个信号，可以将系统设置为中断工作方式，达到节省通信时间的目的。由于双向数据信息的交换，可以这样来划分双口RAM存储区间：000H～01FFH单元存入Neuron3150芯片向8051传送的信息，而200H～3FFH单元存放由8051向Neuron3150发送的信息，并将同类但不同次的信息放在固定的存储单元，每次都以新的数据覆盖上次的数据。这样就不必进行标志的判断，只需要固定单元取数据就可以进行处理，既节省时间，又安全可靠。

1.2硬件的抗干扰

LonWorks设备往往工作在复杂的电磁环境中，其自身各部分与周围其它电子设备之间，都不可避免地存在各种形式的电磁干扰和静电放电。为了保证通信的准确无误，延长硬件使用寿命，该通信节点在设计上结合LonWorks电路自身特点，采用有关接地、屏蔽和滤波的适当处理，有效减小了电磁干扰的影响。针对收发器FTT-10A，设计抗干扰电路时，应主要围绕印刷电路板上星形地结构和火花隙的设计。对于静电放电（ESD），在印刷电路板（PCB）设计中，采用火花放电隙，能够削弱到达收发器和后续缓冲器电路的ESD能量，使用箝位二极管，能大大增强节点承受来自网络连接端的ESD能力。对于电磁干扰，应尽量保证强噪声源（如DC/DC变换器、时钟电路等）远离收发器FTT-10A。

2LonWorks智能通信节点的软件设计

在LON网程序设计中使用NeuronC语言。NeuronC是一种基于ANSIC且带有网络通信和高级硬件设备接口扩展语句的高级不应该。它增加了对I/O、事件处理、消息传递和分散数据目标的支持，扩充了包括软件定时器、网络变量、显示消息、一个多任务调度程序以及其它各具特点的函数等。采用NeuronC语言开发的应用程序，可直接在Lonbuilder神经元仿真器上进行调试，因此应用程序的开发可独立于硬件设计进行。智能节点通信流程如图3所示。

程序中，节点Neuron3150侧使用显示报文通信，能有效实现智能节点与单片机进行双向通信的功能。用NeuronC语言进行节点设计编程时，必须首先查询IO_6和IO_7的内容。定义两个比特类型的输入变量INTL和BUSYL，通过查询这两个变量的内容来确定程序的运行流程。编程如下：

//*****包含文件*****

#include<string.h>

#include<control.h>

//*****公共变量声明*****

#defineTlon_4850xd000//定义从LON网上所接收数据在双口RAM存储单元首址

#definT485_lon0xd0200//定义从单片机侧所接收数据在双口RAM存储单元首址

IO_6inputbitINTL;//定义IO_6,IO_7为比特类型的输入变量

IO_7inputbitBUSYL;

Msg_tagtag_out1;//定义输出消息标签

//****系统主程序********prioritywhen(msg_arrives)//显示网络消息事件

{unsignedint*p;//存储从LON网上接收的数据

inti;

p=(unsignedint*)(Tlon_485);

for(i=0;I<30;i++)

{*p=msg_in.data[i];

p++;

}

}

}

when(io_in(INTL)==0)//当单片机侧有数据时申请中断

{when(io_in(BUSYL)==1)

{unsignedint*u;

intj;

u=(unsignedint*)(T485_lon);

msg_out.code=1;

msg_out.tag=tag_out1;

for(j=0;j<30;j++)

{msg_out.data[j]=*u;

u++;

}

msg_send();//向LON网其它相关节点发送数据

}

}

图3

第3篇

（一）项目概况

平沙落雁及延伸段是兰州市南滨河路重要的交通节点改造工程，是进出兰州市以及连接市区各路段重要的枢纽通道之一。北侧紧邻黄河，是人们休闲、娱乐、旅游观光的重要区段。是兰州市黄河风情线重要的组成部分，具有兰州“外滩”的美名。道路沿线有许多非常有名的旅游景点，是兰州市人民引以自豪的生态路、景观路。也是兰州市每年举行大型国际“马拉松”赛事的重要比赛场地。具有很高的使用价值和观赏价值，是兰州市迈出国门，走向世界的重要的宣传窗口。城市景观照明设计是利用灯光的照明效果塑造城市的夜间形象，通过对山水、江河、道路、桥梁、广场、建筑物、构筑物、园林、雕塑、小品、历史文化古迹和遗址等诸多具体景观的照明设计，丰富城市的空间感和动态感。科学而合理的景观照明设计，是解决平沙落雁及延伸段交通节点改造工程夜间照明朝着巩固、完善、提高等方面发展的关键因素，是形成一幅和谐、优美、宁静的夜景画面的基础，是景观照明设计前提，是实现兰州市景观照明系统化、实现兰州市景观照明灯光建设可持续发展的决定因素。

（二）指导思想

景观照明是通过人为的设计和创作，让其在灯光作用下显得更有艺术感，或者说更加有美感，让普通的夜晚弥漫出不一样的文化气息。平沙落雁交通节点工程是兰州市“畅交通”工作中的重要组成部分，该工程效地改善兰州市交通环境，缓解城市环境污染，提升城市品位，带动兰州市的经济发展。平沙落雁景观照明以“景观、文化、生态、绿色”为主旋律，将与南滨河风情线、兰州水车园、历史人文雕塑相得益彰，有利于提升主城区城市品牌形象，对打造特色景点、品牌旅游有着重要作用。

（三）技术亮点

平沙落雁及延伸段交通节点改造工程新建城市高架与原有路段连接，路况复杂多变，属于城市道路的高危路段。本项目照明工程采用新型钢管护栏灯具有效的解决了高杆/低杆照明引起的安装维护不方便、抗台风差、对周围居民造成严重的光污染等问题。新型钢管护栏灯实现了路面照明，又成为城市夜景中一道独特的风景，其亮灯形成的近线性灯带对驾驶员还有良好的路型诱导作用，保障了驾驶员与乘客的安全。有机地将道路照明功能、景观照明功能、护栏防撞功能合三为一。新型护栏灯采用LED光源，耗电量较小，可大幅度降低电费50%左右。LED灯具环保效果较好，LED灯具中不含汞和氙等有害元素，利于回收和利用，而且不会产生电磁干扰普通灯管中含有汞和铅等元素，这些都是对人体有害的物质。而道路照明采用的高压钠灯中的电子镇流器会产生电磁干扰，影响其他电器的正常运作，长时间的电磁干扰也会对人体健康造成一定影响。

二、景观绿化设计

（一）城市道路景观绿化设计

结合城市道路环境特点、工程特点、构造物分布与选形、路基断面布设形式及景观规划定位等因素，确定如下城市道路景观设计内容：

1.人行道景观。根据沿线用地性质不同进行有区别的设计。结合地面道路及高架桥的空间形态，景观打造以开敞式为主，让沿线的景致和景深成为一道优美风景线。其中行道树设计应注重树形及分支点的选择，体现高大挺拔。主要树种选择有大叶香樟、银杏等。

2.分车带绿化。分车带设计注重简洁通透，以时令草花、修剪整形灌木和球类植物为主，展现沿线道路的整洁大气，注重桥下植物耐阴性的选择。

3.节点景观。节点景观设计应将建筑、场地、绿化结合，统一考虑，打造富有特色的现代城市景观，并注重与地块现有景观的衔接与融合，复铺装则延续原有地块的铺装形式。

4.环境小品。灯饰、椅、凳、桌、花盆、花池、花架、标识牌、护栏以及亭、廊、雕塑等以精美灵巧的造型来点缀空间，起到画龙点睛的作用。如北滨河路黄河风情线上不同路段布置了风格各异的小品雕塑并精心配制灯饰，形成了一系列既相互独立，又协调统一的游憩空间。5.绿化树种选择。针对兰州市地处高海拔严寒地区，气候干燥，降水少、蒸发强烈常年干旱少雨的地理气候特点，在植物配置上以适宜兰州市气候、土质的常绿树种如：侧柏、针叶松、黄杨等为基调树种，保持一年四季绿意盎然的景观效果，适当搭配一些开花有色树种如：红花紫荆，榆叶梅、月棘等，让兰州市黄河风情线更富生机。

（二）城市桥梁景观设计

在保证结构强度的前提下，追求的是流线畅舒展的总体线型和自然的曲线。桥梁的夜景亮化综合采用泛光照明、LED点状照明和带状照明营造炫丽多彩的桥梁夜景效果。在高架桥两侧防撞墙外侧设置花槽，种植景观植物，增加绿化率。高架桥立柱下种植爬藤植物，为垂直绿化的生长提供空间。

（三）地下人行通道桥景观设计

静宁路十字路口北侧与东侧、金昌路十字路口西侧与北侧路口、平沙落雁西侧（原通道加长）、南滨河路、读者大道、平凉路北口处人流量较大，需要设置地下人行通道解决行人横向同行问题，分别设1～5m的通道桥，净宽5.0m，通道两侧设人行梯道。

1.安全性。安全性是地下通道环境设计的基础和前提，结构计算、抗震设计、地下通道防排水设计、照明设计等安全可靠。通道内部和出入口适当距离，布置醒目的标识牌，对行走安全起到很好的保障作用，并在在此基础上对其标识牌进行个性化设计。特别是进行夜景设计时，通过各种灯光色彩来渲染环境和烘托气氛。

2.舒适性。通道处入口是地下空间和地上空间的交换节点，也是人们视觉明暗变换的过度段。设计采用浅灰色钢化夹胶玻璃、钢结构驳爪风雨篷，可以有效缓冲光线明暗变换而产生眼睛的不适感。

3.内饰材料。（1）墙面材料运用干挂大理石等装饰材料体现空间的延伸，让封闭的地下空间具有通透性。墙面砖施工缝横平竖直，自然形成一种韵律感。（2）地面材料采用耐磨、抗压、防水、抗腐蚀、防滑的花岗岩石材。局部采用套色处理。（3）地下通道楼梯是主要的交通枢纽之一，踏步的踏面两侧设计凹槽，避免积水。（4）顶棚设计采用亚光白色雅克力板吊顶，明快而富于变化。顶棚的高度结合空间功能高低错落，赋予流动感。并结合照明灯具的选择，引导人流方向。

三、结语