基于神经元芯片的远程水温监控系统
日期：2007-4-3
在生产生活中，热水的使用量非常大，而市面上流行的热水器通常只能设定固定的温度，并且一般需要在现场控制。但在许多工业场合，经常需要对远端热水装置的工作过程进行控制，使其生产出稳定的热水，并可随时调节水温。本文使用普通的单股双绞线作为网络物理介质，设计了一个基于lon网络的远程监控系统，来完成上述功能。
1 lonworks总线和神经芯片 lonworks控制网络是当前最为流行的现场总线之一，它的核心是神经元芯片(neuron chip)和lontalk通信协议。lontalk通信协议支持0si／rm的所有七层模型，使得lon网络与其他网络有着良好的接口和兼容性。支持多种拓扑结构，通信介质可选双绞线、电力线、红外线、光纤、同轴电缆等媒介，使得网络布线更加方便。应用程序采用面向对象的设计方法，通过网络变量进行节点之间的数据交换，使网络通信简化为参数设置。 本系统中用到两种关键部件。(1)神经芯片 神经元(neuron)芯片使用cmos vlsi技术，允许运行价格低廉的控制网络。其主要包括mcl43150和mcl43120两大系列。神经元芯片的主要特点是：
(2)收发器 提供神经芯片与lonworks网络的物理通信接口。
2 水温监控系统硬件组成及工作原理 本系统由监控结点、执行结点两个结点组成。它们位于lon网络的两端，结构如图l所示。
本系统中选用单股双绞线作为网络介质，收发器采用echelon公司的ftt-10a型收发器，两个节点间通过网络变量进行通信．在每个节点中，选用3150芯片外加一块a2 kb的flash存储器芯片at29c257来存储应用程序、数据和通信协议等神经芯片固件。神经芯片和存储器之间的连接如图2所示。 监控结点位于中心控制室，能显示实时水温，用户通过它对远端加热装置器进行水温设置。监控节点中神经芯片的i／o部分电路如图3所示。 在本电路中，用户调节电位器来设置水温；电位器上得到的电压经a／o转换后变为o~100之间的数，发往执行结点，并在前两个数码管上显示出来。执行结点传过来的实时水温显示在后两个数码管上。为了充分利用芯片的i／0口，使用移位计数器74hc595扩展i／o口，采用芯片的串行输出功能，i／o8作为时钟信号，i／09作为数据输出口，i／06作为数据锁存控制端．根据实际情况的需要可用液晶显示屏替换8段数码管。 执行结点位于加热器端，它检测水温井将数值发往监控结点，接收监控结点发来的控制温度数据／根据情况启动／停止热水器工作。执行节点中神经芯片的i／o部分电路如图4所示。 在本电路中，实时水温由温度传感器检测出，经a／d转换后变为0~100之间的值，保存并发往监控结点。神经芯片把从监控结点收到控制温度值与检测温度值相比较，若检测值小，则闭合继电器，加热器开始工作；若检测值大，则断开继电器，加热器停止工作。为避免加热器反复通断电工作，可以设置一个可接受的温度控制精度区间。本电路中设置为±3℃，即加热时，当检测温度高过控制温度3℃时才断开继电器；不加热时，当检测温度低于控制温度3℃时才闭合继电器。
3 软件设计 本系统软件部分采用面向对象的程序设计方法，将检测信号、控制信号、神经芯片i／o分别定义为不同的对象，使用neuronc进行编程。监控节点与执行节点的程序见网站(www．dpi．com．cn)。
结 语 本文利用lonwork网络在单股双绞线上实现较远距离的节点通信，设计并实现了对远端水温的监控。本系统只涉及对温度的控制，在实际应用中，只需增加简单的电路和程序代码，即可实现对压力、氧气含量(如公共浴室)等其他指标的控制。