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第1篇

關鍵詞：CAN智能節點；MSP430；MCP2510；數據通信

1引言

CAN總線是控制器局域網（ControllerAreaNet-work）總線的簡稱，它屬于現場總線范疇，是一種能有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，它可將掛接在現場總線上作為網絡節點的智能設備連接成網絡系統，并進一步構成自動化系統，從而實現基本的控制、補償、計算、參數修改、報警、顯示、監控、優化及控管一體化的綜合自動化功能。

CAN總線智能節點在分布式控制系統中起著承上啟下的作用。它位于傳感器和執行機構所在的現場，一方面和上位機（PC或者工控機）進行通信，以完成數據交換；另一方面又可根據系統的需要對現場的執行機構或者傳感器進行控制和數據采集。它常常將一些簡單的過程控制程序放在底層模塊中，從而減少了通信量，提高了系統控制的實時性。因此，智能化模塊設計在CAN系統中有著十分重要的作用。

本文將給出一種用MSP430單片機和MCP2510CAN控制器組成的總線智能節點的設計方案（見圖1），該方案中的單片機和CAN控制器通過標準的SPI接口進行通信，因此，該節點能夠完成對被控器件的數據采集上報，并接受上位機的命令，進而進行解析以完成對執行機構的控制。為了調試簡單，本方案作了一些改動：一是使MCP2510工作在環回模式，也就是數據由發送緩存直接發送到接收緩存，由于不經過CAN收發器和CAN總線，而只是使用了它的一個發送緩存和一個接收緩存，因而方便了調試；二是把被控器件的數據采集和對執行機構的控制部分略去，而這些功能在以后可以方便地添加，這樣，在實際使用時，只要對程序稍作修改就可應用。

2硬件設計

本設計的整個接口模塊主要由兩部分組成：CAN控制器MCP2510和微控制器MSP430。圖2所示是該智能節點的部分電路硬件原理圖。下面對主要部分功能作一介紹。

2．1MSP430F1232簡介

MSP430系列微控制器是TI公司推出的功能強大的超低功耗16位微處理器。它集成了豐富的片上資源，因而開發方式十分簡便，可以用C語言編寫出效率很高的程序。所選MSP430F1232的工作電壓為1．8～3．6V，內含8kBFLASH存儲空間。片內集成了看門狗定時器（WTD）、基本時鐘模塊、US-ART、10位ADC、和帶有3個捕獲／比較器的16位定時器，因而片上資源十分豐富，完全可以滿足一般的需要，同時減少了設計的復雜度。與其它單片機相比，MSP430的I／O端口功能更強，可實現雙向的輸入、輸出，并可完成一些特殊的功能，如A／D轉換、捕獲比較等；另外，它還可以實現I／O的各種中斷。

本設計中，MSP430的作用有兩個：一是對執行機構的控制以及對輸入模擬量或者開關量的信號采集；二是利用UART模塊通過SPI模式與MCP2510通信并控制MCP2510以實現CAN規范。

2．2MCP2510簡介

MCP25101是Microchip公司推出的功能很強的CAN控制器芯片，它支持CAN1．2、2．0A及2．0B規范；其內部結構見圖3所示。該芯片內含3個發送緩存和2個接收緩存，可以對發送優先級進行管理，可濾除無用信息，MCP2510有6個可編程濾波器，而且中斷資源十分豐富。最可貴的是，它可以通過標準的SPI接口與微控制器進行通信，從而放寬了MCU的選擇范圍使得所有單片機都有接入的可能。

MCP2510的主要功能是在MCU的控制下實現CAN規范，它內部的所有寄存器和控制寄存器都映射到一個地址表上，MCU可以使用相應的命令格式通過標準的SPI接口來完成對MCP2510的初始化、工作狀態的控制以及數據的讀寫。此外，MCP2510產生的中斷還可以反饋給MCU來處理。

2．3系統時鐘

由于MSP430的時鐘頻率決定著指令周期，因而該時鐘直接影響SPI接口的速率。MSP430F1232有兩個可選的時鐘：一是外部低速32．768kHz的時鐘晶體；二是采用內部數控DCO的可調頻率。本設計直接采用它內部的數控DCO作為它的主時鐘MCLK和SMCLK，由于直接工作在800kHz，因而免去了使用晶體。MCP2510采用標準的4MHz晶體。MSP430中USART模塊的CLK可由系統時鐘分頻得到，速率設定也十分方便。實際上，MCP2510輸出到總線的速率也可通過設置內部寄存器的控制分頻系數來調節。

此外，由于MCP2510的輸出信號驅動能力不夠，而且與CAN總線物理接口的要求存在很大的差異，所以，在實際應用中必須使用CAN收發器（如MCP2551等），它可支持的CAN速率最高可達1Mbps，而且容錯能力很強。此外，它內部還有很強的保護電路，可以防止總線的其它節點對它的影響。

3軟件設計

在進行本系統節點的軟件設計前，首先簡要說明一下MCP2510的指令格式，MCP2510的5條指令如表1所列。

表1MCP2510指令格式

指令指令格式說明

復位11000000使內部寄存器復位,進入配置模式

讀取00000011從寄存器讀取數據,指令在前,地址隨后

寫入00000010寫數據到寄存器,指令在前,地址和數據隨后

發送請求10000nnn對發送緩存發送信息進行初始化

狀態讀取10100000讀取常用狀態寄存器的某些位數據

位修改00000101對豁口的某幾件位修改

在使用時，可以把這些指令直接編寫成函數形式，這樣可使程序簡練易讀。同時，發送請求的硬件觸發只需把TXnRTS置低即可。實際上，接收緩存收到信息后也能產生硬件觸發，并在TXnRTS引腳產生低電平輸出。

本設計的主程序流程圖如圖4所示。

上電復位后，MSP430首先完成自身模塊的初始化，其任務主要是選擇時鐘模塊中的時鐘、使USART模塊工作于SPI模式、以及對看門狗定時器的配置等；然后對MCP2510進行初始化，以對寄存器進行設置。需要注意的是，MCP2510只有在配置模式下才可以對控制參數進行配置，但它在復位以后就是配置模式。

當配置MCP2510到環回模式后，MSP430將寫數據到MCP2510的發送緩存并控制其發送，此后，在接收緩存收到數據后，INT引腳將產生低電平中斷以通知MSP430，MSP430響應中斷后將讀取數據，并和發送的數據進行比較，以驗證程序的可行性。需要注意的是，無論是對MCP2510的讀還是寫，都必須使它的CS引腳處于低電平。

在實際應用中，MSP430和MCP2510都可以進入睡眠模式，并可以由中斷來激活。整個節點的主要功能均由中斷子程序來完成，其中的一部分是MSP430自身的中斷（看門狗定時器溢出中斷、SPI接收發送中斷、ADC中斷等），另一部分是MCP2510引起的中斷，這部分中斷資源十分豐富，包括信息接收發送中斷、信息錯誤中斷、總線激活中斷等。它產生的所有中斷都能使INT引腳為低電平，單片機在檢測到這些中斷后，將通過SPI接口讀取MCP2510內部的中斷標志寄存器以判斷是何中斷，然后再進行進一步處理。

第2篇

關鍵詞：現場總線LonWorks智能節點神經元芯片雙口RAM

引言

LonWorks(LocalOperatingNetworks，局部操作網絡)總線是由美國Echelon公司推出的一種現場總線技術。由于LonWorks控制網絡的開放性、高速性和互操作性，它已廣泛用于工業、樓宇、家庭、辦公設備、交通運輸、能源等自動化領域。EIARS-232-C/RS-485通信網絡在控制系統中應用最為普及，許多設備大都只提供RS-232或RS-485/422接口，不能直接接入LonWorks網絡。因此，需要將現場LON網絡介質上的信息轉換為RS-232-C/RS-485標準的信號，或將RS-232-C/RS-485標準信號轉換為包含LonTalk協議的數據，從而實現不同網絡間的數據傳輸，同時也為上位PC機、底層工作站提供轉換接口。本文所設計的LonWorks智能通信節點方便地與EIARS-232-C/RS-485標準的串行I/O設備進行通信，輕松實現現場節點與上位PC機或其它RS-232-C/RS-485控制設備之間的可靠、準確、快捷數據傳遞。

1LonWorks智能通信節點的硬件結構

1.1節點硬件電路設計

智能節點以Neuron神經元處理器芯片為核心，其硬件電路還包括收發器、EEPROM、雙口RAM、譯碼電路和service電路等。以神經元芯片構成網絡接口，由它通過LonTalk協議與網上的其它智能節點通信，并通過雙口RAM的訪問實現與其它網絡系統的數據交換。節點中用雙口RAM充當不同網絡通信過程中現場信息的接收、發送緩沖區，完成最近發送到達的交換數據的存儲轉發功能，緩解和避免系統緩存緊張和瓶頸的產生。用非易失性存儲器EEPROM存放LonTalk網絡協議固件、多任務調度程序、網絡適配器通信管理程序以及網絡配置信息等。節點的硬件組成結構如圖1所示。

智能節點的基本結構可分為兩部分：以Neuron3150神經元芯片主構成的LonWorks現場總線一側，其基本功能是實現LON網絡上的智能節點功能；另一側是由單片機系統構成的串行通信接口，其功能是實現EIARS-232-C/RS-485標準的串行通信。在這兩部分間采用了雙口RAMCY7C130芯片作為數據共享區。CY7C130通信接口電路的左端口與Neuron3150芯片連接，右端口與8051單片機系統連接，如圖2所示。雙口RAM的兩端都有獨立的數據線、地址線和控制線，兩端都可對雙口RAM的任意單元進行操作。只要兩端不同時對同一地址單元進行操作就不會發生沖突。BUSY顯示本端口想要存取的地址正在被另一個端口操作，發生硬件沖突時，后操作一端的BUSY信號有效。

在應用中分別對雙口RAM1KB的存儲空間進行定義，即CY7C130的同一存儲單元對于Neuron3150芯片及8051單片機系統各有一個地址，這樣兩個系統均能對其進行存取操作。在智能節點中，Neuron3150芯片對1KB空間的地址為D000H～D3FFH。8051單片機系統對它的定義為0000H～03FFH。值得注意的是，CY7C130芯片3FFH和3FEH兩個單元被用作固定用途：當左端Neuron3150芯片向3FFH單元寫入數據時，將產生中斷信號INTR；同理，當右端8051單片機向3FEH單元寫入數據時，將產生中斷信號INTL。利用這兩個信號，可以將系統設置為中斷工作方式，達到節省通信時間的目的。由于雙向數據信息的交換，可以這樣來劃分雙口RAM存儲區間：000H～01FFH單元存入Neuron3150芯片向8051傳送的信息，而200H～3FFH單元存放由8051向Neuron3150發送的信息，并將同類但不同次的信息放在固定的存儲單元，每次都以新的數據覆蓋上次的數據。這樣就不必進行標志的判斷，只需要固定單元取數據就可以進行處理，既節省時間，又安全可靠。

1.2硬件的抗干擾

LonWorks設備往往工作在復雜的電磁環境中，其自身各部分與周圍其它電子設備之間，都不可避免地存在各種形式的電磁干擾和靜電放電。為了保證通信的準確無誤，延長硬件使用壽命，該通信節點在設計上結合LonWorks電路自身特點，采用有關接地、屏蔽和濾波的適當處理，有效減小了電磁干擾的影響。針對收發器FTT-10A，設計抗干擾電路時，應主要圍繞印刷電路板上星形地結構和火花隙的設計。對于靜電放電（ESD），在印刷電路板（PCB）設計中，采用火花放電隙，能夠削弱到達收發器和后續緩沖器電路的ESD能量，使用箝位二極管，能大大增強節點承受來自網絡連接端的ESD能力。對于電磁干擾，應盡量保證強噪聲源（如DC/DC變換器、時鐘電路等）遠離收發器FTT-10A。

2LonWorks智能通信節點的軟件設計

在LON網程序設計中使用NeuronC語言。NeuronC是一種基于ANSIC且帶有網絡通信和高級硬件設備接口擴展語句的高級不應該。它增加了對I/O、事件處理、消息傳遞和分散數據目標的支持，擴充了包括軟件定時器、網絡變量、顯示消息、一個多任務調度程序以及其它各具特點的函數等。采用NeuronC語言開發的應用程序，可直接在Lonbuilder神經元仿真器上進行調試，因此應用程序的開發可獨立于硬件設計進行。智能節點通信流程如圖3所示。

程序中，節點Neuron3150側使用顯示報文通信，能有效實現智能節點與單片機進行雙向通信的功能。用NeuronC語言進行節點設計編程時，必須首先查詢IO_6和IO_7的內容。定義兩個比特類型的輸入變量INTL和BUSYL，通過查詢這兩個變量的內容來確定程序的運行流程。編程如下：

//*****包含文件*****

#include<string.h>

#include<control.h>

//*****公共變量聲明*****

#defineTlon_4850xd000//定義從LON網上所接收數據在雙口RAM存儲單元首址

#definT485_lon0xd0200//定義從單片機側所接收數據在雙口RAM存儲單元首址

IO_6inputbitINTL;//定義IO_6,IO_7為比特類型的輸入變量

IO_7inputbitBUSYL;

Msg_tagtag_out1;//定義輸出消息標簽

//****系統主程序********prioritywhen(msg_arrives)//顯示網絡消息事件

{unsignedint*p;//存儲從LON網上接收的數據

inti;

p=(unsignedint*)(Tlon_485);

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

{*p=msg_in.data[i];

p++;

}

}

}

when(io_in(INTL)==0)//當單片機側有數據時申請中斷

{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網其它相關節點發送數據

}

}

圖3

第3篇

（一）項目概況

平沙落雁及延伸段是蘭州市南濱河路重要的交通節點改造工程，是進出蘭州市以及連接市區各路段重要的樞紐通道之一。北側緊鄰黃河，是人們休閑、娛樂、旅游觀光的重要區段。是蘭州市黃河風情線重要的組成部分，具有蘭州“外灘”的美名。道路沿線有許多非常有名的旅游景點，是蘭州市人民引以自豪的生態路、景觀路。也是蘭州市每年舉行大型國際“馬拉松”賽事的重要比賽場地。具有很高的使用價值和觀賞價值，是蘭州市邁出國門，走向世界的重要的宣傳窗口。城市景觀照明設計是利用燈光的照明效果塑造城市的夜間形象，通過對山水、江河、道路、橋梁、廣場、建筑物、構筑物、園林、雕塑、小品、歷史文化古跡和遺址等諸多具體景觀的照明設計，豐富城市的空間感和動態感。科學而合理的景觀照明設計，是解決平沙落雁及延伸段交通節點改造工程夜間照明朝著鞏固、完善、提高等方面發展的關鍵因素，是形成一幅和諧、優美、寧靜的夜景畫面的基礎，是景觀照明設計前提，是實現蘭州市景觀照明系統化、實現蘭州市景觀照明燈光建設可持續發展的決定因素。

（二）指導思想

景觀照明是通過人為的設計和創作，讓其在燈光作用下顯得更有藝術感，或者說更加有美感，讓普通的夜晚彌漫出不一樣的文化氣息。平沙落雁交通節點工程是蘭州市“暢交通”工作中的重要組成部分，該工程效地改善蘭州市交通環境，緩解城市環境污染，提升城市品位，帶動蘭州市的經濟發展。平沙落雁景觀照明以“景觀、文化、生態、綠色”為主旋律，將與南濱河風情線、蘭州水車園、歷史人文雕塑相得益彰，有利于提升主城區城市品牌形象，對打造特色景點、品牌旅游有著重要作用。

（三）技術亮點

平沙落雁及延伸段交通節點改造工程新建城市高架與原有路段連接，路況復雜多變，屬于城市道路的高危路段。本項目照明工程采用新型鋼管護欄燈具有效的解決了高桿/低桿照明引起的安裝維護不方便、抗臺風差、對周圍居民造成嚴重的光污染等問題。新型鋼管護欄燈實現了路面照明，又成為城市夜景中一道獨特的風景，其亮燈形成的近線性燈帶對駕駛員還有良好的路型誘導作用，保障了駕駛員與乘客的安全。有機地將道路照明功能、景觀照明功能、護欄防撞功能合三為一。新型護欄燈采用LED光源，耗電量較小，可大幅度降低電費50%左右。LED燈具環保效果較好，LED燈具中不含汞和氙等有害元素，利于回收和利用，而且不會產生電磁干擾普通燈管中含有汞和鉛等元素，這些都是對人體有害的物質。而道路照明采用的高壓鈉燈中的電子鎮流器會產生電磁干擾，影響其他電器的正常運作，長時間的電磁干擾也會對人體健康造成一定影響。

二、景觀綠化設計

（一）城市道路景觀綠化設計

結合城市道路環境特點、工程特點、構造物分布與選形、路基斷面布設形式及景觀規劃定位等因素，確定如下城市道路景觀設計內容：

1.人行道景觀。根據沿線用地性質不同進行有區別的設計。結合地面道路及高架橋的空間形態，景觀打造以開敞式為主，讓沿線的景致和景深成為一道優美風景線。其中行道樹設計應注重樹形及分支點的選擇，體現高大挺拔。主要樹種選擇有大葉香樟、銀杏等。

2.分車帶綠化。分車帶設計注重簡潔通透，以時令草花、修剪整形灌木和球類植物為主，展現沿線道路的整潔大氣，注重橋下植物耐陰性的選擇。

3.節點景觀。節點景觀設計應將建筑、場地、綠化結合，統一考慮，打造富有特色的現代城市景觀，并注重與地塊現有景觀的銜接與融合，復鋪裝則延續原有地塊的鋪裝形式。

4.環境小品。燈飾、椅、凳、桌、花盆、花池、花架、標識牌、護欄以及亭、廊、雕塑等以精美靈巧的造型來點綴空間，起到畫龍點睛的作用。如北濱河路黃河風情線上不同路段布置了風格各異的小品雕塑并精心配制燈飾，形成了一系列既相互獨立，又協調統一的游憩空間。5.綠化樹種選擇。針對蘭州市地處高海拔嚴寒地區，氣候干燥，降水少、蒸發強烈常年干旱少雨的地理氣候特點，在植物配置上以適宜蘭州市氣候、土質的常綠樹種如：側柏、針葉松、黃楊等為基調樹種，保持一年四季綠意盎然的景觀效果，適當搭配一些開花有色樹種如：紅花紫荊，榆葉梅、月棘等，讓蘭州市黃河風情線更富生機。

（二）城市橋梁景觀設計

在保證結構強度的前提下，追求的是流線暢舒展的總體線型和自然的曲線。橋梁的夜景亮化綜合采用泛光照明、LED點狀照明和帶狀照明營造炫麗多彩的橋梁夜景效果。在高架橋兩側防撞墻外側設置花槽，種植景觀植物，增加綠化率。高架橋立柱下種植爬藤植物，為垂直綠化的生長提供空間。

（三）地下人行通道橋景觀設計

靜寧路十字路口北側與東側、金昌路十字路口西側與北側路口、平沙落雁西側（原通道加長）、南濱河路、讀者大道、平涼路北口處人流量較大，需要設置地下人行通道解決行人橫向同行問題，分別設1～5m的通道橋，凈寬5.0m，通道兩側設人行梯道。

1.安全性。安全性是地下通道環境設計的基礎和前提，結構計算、抗震設計、地下通道防排水設計、照明設計等安全可靠。通道內部和出入口適當距離，布置醒目的標識牌，對行走安全起到很好的保障作用，并在在此基礎上對其標識牌進行個性化設計。特別是進行夜景設計時，通過各種燈光色彩來渲染環境和烘托氣氛。

2.舒適性。通道處入口是地下空間和地上空間的交換節點，也是人們視覺明暗變換的過度段。設計采用淺灰色鋼化夾膠玻璃、鋼結構駁爪風雨篷，可以有效緩沖光線明暗變換而產生眼睛的不適感。

3.內飾材料。（1）墻面材料運用干掛大理石等裝飾材料體現空間的延伸，讓封閉的地下空間具有通透性。墻面磚施工縫橫平豎直，自然形成一種韻律感。（2）地面材料采用耐磨、抗壓、防水、抗腐蝕、防滑的花崗巖石材。局部采用套色處理。（3）地下通道樓梯是主要的交通樞紐之一，踏步的踏面兩側設計凹槽，避免積水。（4）頂棚設計采用亞光白色雅克力板吊頂，明快而富于變化。頂棚的高度結合空間功能高低錯落，賦予流動感。并結合照明燈具的選擇，引導人流方向。

三、結語