LonWorks技术在立体车库智能信息控制系统设计中的应用_图文

1、 | 75LonWorks 技术在立体车库智能信息控制系统设计中的应用严 宇, 李春茂, 李 平, 王 宁（西南交通大学 电气工程学院, 四川 成都 610031）摘 要:本文介绍使用LON 控制模块来实现一种新的、方便的立体车库智能信息控制节点的设计方法, 包括LON 控制模块的主要功能特性、I 2C 总线接口的键盘及LED 驱动器芯片ZLG7290B 之间的硬件接口电路设计以及相应的程序实例。车辆存取的控制运行实验表明该系统的设计能很好的实现立体车库智能信息控制系统的控制要求。关键词:LonWorks技术;LON 控制模块;I 2C 总线中图分类号:TM571.61 文献标识码:B 文章编

2、号:1003-7241(201001-0075-05Application of LonWorks Technology in Three-Dimensions-GarageIntelligent Control SystemYAN Yu, LI Chun-mao, LI Ping, WANG Ning( Electrical Engineering College, Southwest Jiatong University, Chengdu 610031 China Abstract: Intelligent node is an important part of the LonWorks

3、 field bus. This paper uses the LON control module to realize anewly, easily design method. It introduces the major characteristic of the LON control module, and designs the hardwareinterface electric circuit between LON control module and ZLG7290B chip. The real project indicates that this method c

4、anguarantee the real-time function, and the control node can work stably.Key words: LonWorks technology; LON control module; I2C Bus收稿日期：1 引言LonWorks 技术1,2,3是一种现场总线技术, 因其具有很强的开放性、可靠性和互操作性目前广泛应用于楼宇自动控制系统中的节点设计层面。LonWorks 技术中的LonTalk 协议支持ISO/OSI全部的7层模型, 并且其核心芯片Neuron 芯片内部有三个微处理器, 分别是MAC 处理器、网络处理器以及应用处

5、理器。这种体系结构使得研发人员只需要提供应用层编程和配置就能开发出基于LON 总线的智能控制节点。LonWorks 智能控制节点是LonWorks 现场总线中的一个非常重要的组成部分, 但是由于Neuron 芯片本身内部存储空间的限制影响了智能节点的功能扩展所以采用LON 控制模块代替传统的Neuron3150芯片作为主控制器, 并配合带有I 2C 总线接口方式的键盘及L E D 驱动芯片ZLG7290B 对立体车库智能信息控制节点进行硬件接口和软件设计。2 LON 控制模块结构一般LonWorks 智能控制节点主要由一个神经元芯片、LonTalk 收发器、存储器、电源和外围电路构成。但是考虑

6、到在开发Neuron 芯片时使用Neuron C 语言, 内存占用大, 如只靠其CPU 内置2K RAM, 在编制较大规模程序时可能出现内存不够的情况, 所以在立体车库智能信息控制系统的开发过程中选择LON 控制模块, 该控制模块由Neruon 3150 CPU、Flash 、Ram 、clock 、 Transceiver 、EPLD 等组成, 结构图如图1所示。根据LON 控制模块的结构图我们可以很清楚的看到其优势如下:(1 采用Flash ROM, 可以在线修改用户程序, 同时如果将Flash ROM 改为EPROM 或用12V 改写的Flash ROM, 可以防止用户程序丢失。(2 收

7、发器选用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N e u r on 芯片的控制系统。(3 LON 控制模块相当于一个扩展了内存空间的Neuron3150芯片最小系统的封装体, 它将Neruon 芯片的IO 口扩展出来方便设计人员使用。3 立体车库智能信息控制节点的总体设计基于Lon Works 技术的立体车库智能信息控制节点的原理图如图2所示。整个系统的核心部件就是LON 控制模块和ZLG7290B 驱动芯片。LON 控制模块完成对ZLG7290B 的操作和数据的传输控制,ZLG7290B 完成对键盘和LED 的显示控制。系统内部采用I 2C 总图1 LON 控制

8、模块结构图图2 立体车库智能信息控制节点原理图线的通信方式进行数据的读写操作, 系统与外部执行机构采用LON 总线的通信方式进行通信。该系统能够根据相应的按键显示立体车库中对应车位号并对车辆进行存取控制。4 立体车库智能信息控制节点的电路设计与实现1, 4, 54.1 硬件接口电路设计主芯片LON 模块的IO8是时钟线(SCL,IO9是串行数据线(SDA。ZLG7290B 能在5伏供电的情况下正常工作, 因此, 无需电平转换电路既可与LON 控制模块直接相接。LON 控制模块提供三条I/O线(一条中断信号线, 另两条为I 2C 总线的SDA 与SCL 即可与ZLG7290B 相连, 如图3所示

9、。4.2 数据输入电路设计此次设计的智能控制节点主要功能之一就是实现简单的人机交互功能, 采用ZLG7290B 驱动芯片的相应管脚与键盘和数码管进行连接就可实现人机交互电路的设计。ZLG7290B 提供两种控制方式:寄存器映射控制和命令解释控制。寄存器映射控制实现基本控制功能, 字节操作; 命令解释控制实现扩展控制功能, 如显示缓存的循环, 移位等操作。通过这两种控制方式就能很方便的对键盘和数码管进行控制。4.3 数据通信电路设计立体车库智能信息控制节点内部器件之间采用I 2C 总线的通信方式,I 2C 总线是双向传输的总线, 因此主机和从机都可能成为发送器和接收器。这样就不需要多余的地址译码

10、器和片选信号, 主从芯片就能通过I 2C 总线进行通信ZLG7290B 芯片与LON 控制模块之间的数图3 硬件接口电路 | 77据传输是通过SCL 和SDA 两个脚, 按I 2C 总线接口方式进行数据的读取和写入, S C L 脚的最大时钟频率为32KHz, 且通过ZLG7290B 的/INT 引脚, 给LON 控制模块提供键盘中断信号。LON 控制模块通过其自身的双绞线通信口与外部LON 总线上的节点进行通信, 传输数据。4.4 外部电路设计外部电路主要包括晶振电路、复位电路、滤波电路(1 晶振电路:晶振电路为Z L G 7290B 提供工作时钟。(2 复位电路:复位电路为智能节点提供复位

11、动作, 此次电路采用手动复位方式, 在控制节点印刷板上提供一个按钮复位键。(3 滤波电路:主要在各个集成元器件的电源附近放置100f 的滤波电容。对集成元器件起到保护作用。5 软件设计6,75.1 主程序流程图此次设计的智能控制节点主要用于立体车库智能信息控制系统中, 所以我们设计的主程序流程图如图4所示。(1 不断扫描7290B 的中断口, 检测是否有信图4 主程序流程图号输入, 如果检测到有信号输入则进行键值处理并将其通过数码管显示。(2 当“确认”键被按下后, 相应的键值通过I 2C 总线传输给LON 控制模块再由LON 控制模块以网络变量的形式传送到LON 控制网络中。由于Neuron

12、3150芯片提供的I 2C 协议不够完善, 所以要进行模拟I 2C 的操作。调用模拟I 2C 子程序进行数据通信。5.2 程序示例由于采用了“纯分布式的无主系统”8使得LonWorks总线上所有的设备及LonWorks 工作站的地位同等, 总线上的任意LonWorks 设备之间实现“点到点”的数据传送, 基于这个原因智能控制节点上的键盘数值并不与车位号一一对应, 所以需要建立键值信息和车位号信息的映射关系, 下面就给出一个数据输入的部分程序, 该程序的主要功能和作用是把按下的键值通过I 2C 总线传输给LED 进行显示, 同时将键值与车位号寄存器中的数值进行映射, 把对应的车位号信息通过LON

13、 网络送给执行机构, 从而完成对相应车位号的车辆进行取车操作。network output sruct unsigned int value;unsigned int state;nvo_car_num; /现场总线网络中的车位号信息unsigned int KEY,KEY1,SUM,NOERR,i; unsigned int Led_arry12=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b;unsigned int KEY_map12=12,1,9,17,2,10,18,3, 11, 19,4,20;unsigned

14、 int iicw1buf2,Carbuf2;unsigned int carnum13=1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,24,26;unsigned int Nm,Nm2;When(io_changes(io_switch_3to0If(KEY1=0 /第一次按键的键值为0I2C_Start(; /启动I 2C 总线 I2C_Write(ZLG7290; I2C_Write(0x16; I2C_Write(0; I2C_Stop(; delay(400; /延时一段时间等待输入 /如果第一次按键的键值不为0I2C_Start(;I2C_Write(ZLG7290 I2

15、C_Write(0x17; I2C_Write(0; I2C_Stop(; delay(15000; keytoled(; if(Key<=20 Nm =Nm+1; If(Nm=1Nm -0;Carbuf0=Carbuf1; /车位号寄存数组 Nm2=Carbuf0;iccw1buf1=Led_arryNm2;I2C_Put(iccw1buf,ZLG7290_Cmdbuf,2; delay(400; for(i=0;i<11;i+ If(Key=Key_mapi Key1=i; Carbuf1=Key1; 6 系统组态及运行实验 程序完成之后, 再利用LonMaker 创建网络,

16、将立体车库智能控制节点和LonWorks 网络控制节点分别创建工程, 并将对应程序编译好, 建立各自的Device 和Func-tion block。我们将立体车库智能控制节点命名为KEY, 网络中的控制节点分别命名为left 、right 、middle 。然后建立网络图, 将各个节点间的网络变量绑定, 最后进行逻辑关系的连接, 功能块间网络变量绑定如图5所示。最上方功能块即为立体车库智能控制节点。网络建立好后, 再将整个网络commissioning 一次, 对整个网络上电, 就可以投入使用了。在实际的运行过程中, 每个车辆存放区域安置一个立体车库智能信息控制节点, 对车辆的存取控制协议如

17、下:首先通过钥匙开关打开控制节点, 按下控制节点上数字键显示需要存取车辆的位置号。其次, 当“确认”键按下后车位号信息以网络变量的形式通过LON 控制网络传输给负责电机控制系统的LON 网络节点。最后, 系统判断安全条件是否满足, 当安全条件满足时启动电机控制系统完成对车辆的存取控制。立体车库智能信息控制节点的实物图和系统运行的环境图如图6所示。7 结束语图5 网络绑定图图6 立体车库智能信息控制节点实物和应用环境图（下转第82页） 污, 半径较小; 而铆钉为星形时则应钩选Outward, 这样才可准确判定铆钉的铆接后半径值。需要注意的是, Caliper 选项中的Number of Cali

18、pers应根据圆的大小适当选得大一些, 这样圆的判断依据点较充分, 得到的圆也更准确。4.5 存在范围可变的物体的检测某些被检物的位置不是固定的, 而是在某一区域内随机存在, 这就意味着必须选择合适的搜寻区域。为此, 可以考虑使用Cognex 视觉分析工具中的CogPMAlignTool 工具进行分析。该工具提供了较为多样的边框划线工具, 使得边框的设置非常人性化。4.6 孔的检测黑色物体上通孔的检测常常因为色差过于接近而失败。但是, 如果在检测夹具上增加一个亮色的观测物, 使其穿过通孔, 再选用C og n e x 视觉分析工具中的CogBlobTool 工具进行分析, 问题即可解决。4.7

19、 固定区域高亮或高暗的判别用判断某一区域亮或暗的方式来区分物体有无是常见的处理方法, 选用Cognex 视觉分析工具中的CogBlobTool 工具进行设置, 可达到这一要求。作者简介：尹景春（），男，工学学士，主要从事自动化装配及检测生产线的非标设计工作。另外, 设备在设计时应充分考虑产品的工艺问题, 某些检测物的表面可以通过产品工艺的改变而变化, 这也为解决问题提供了新的思路。5 结束语视觉系统在不接触物体的情况下, 可以快速准确地检测出物体的有无, 尤其是检测点数量比较多, 分布较为集中; 随型号的不同, 同一位置被检测物的种类较多, 形状较为复杂的情况下, 视觉检测的优势较为突出。当然, 视觉系统的应用也受到成本, 被检物的反光率等因素的制约而受到限制。因此, 灵活, 合理的调试视觉系统, 使其发挥最大的作用, 仍有待于业界人士的共同努力。(上接第78页作者简介：严宇（），男，硕士研究生，主要从事楼宇自动控制。本文用LON 控制模块代替