基于现场总线技术的远程分布式环境监测系统设计VIP免费

《电气应用》2005年第24卷第12期基于现场总线技术的远程分布式环境监测系统设计蒋云昊邵可然(华中科技大学电气-9电子工程学院430074)摘要介绍一种基于LonWorks现场总线技术的远程分布式环境监测系统的设计实现。利用广泛覆盖的PSTN(公众交换电话网)，将分散的各监测点连接成实时监测网络。分析了Lon—Works技术的特点，介绍了系统的结构，给出了采集节点的软硬件设计和系统的软件设计。关键词LonWorksLonTalkNeuron芯片网关INTOUCH1引言随着科学技术，特别是信息技术的高速发展，我国的环境监测领域也迎来了信息技术革命。可以利用计算机远程通信和控制技术，将分散的监测点连接成区域环境实时监测网络，实现污染源数据的自动连续监测，完成数据的实时采集、动态显示、报警、报表、归档和打印等，实现数据的24h监测，完成各类环境信息的收集、分析评价，提高环境综合管理水平，为环境决策管理提供技术支持。本文利用设计开发的采集节点和基于Lon—Works的网络化计算机集中监测和控制技术对各环境监测点的各种监测仪器的数据进行实时采集，并通过PSTN(公众交换电话网)将数据及时传送至环境监测部门，为管理部门提供所需信息。用快速、准确、真实的数据全面反映各监测点的环境状况及设备的运行状况。通过对监测数据的科学分析、处理，可定性或定量地对环境指数给予准确的评价，可以以大量的技术数据为依据，为有关部门提供管理和决策支持，对环境执法实施技术监督。2LonWorks技术及其特点LonWorks是美国Echelon公司1991年推出的一种完整的、全开放的、可互操作的、目前已十分成熟的分布式控制网络技术。它可以满足现代化的分布式控制网络要求，已经成为实际上的现场总线推荐标准。由于LonWorks控制网络具有低成本和高可靠性，众多的制造厂商和用户纷纷在其控制网络中采用LonWorks技术。LonWorks技术的通信协议——L0nTalk协议遵循由国际标准化组织定义的开放系统互连模型。以ISO的术语来说，LonTalk协议提供了OSI参考模型所定义的全部七层服务。除LonTalk协议以外，还没有其他协议宣称它能够提供OSI参考模型所定义的全部七层服务，这是LonWorks技术的先进性之一，也是LonTalk协议区别于其他各种协议的重要特点。LonTalk协议支持以不同通信介质分段的网络。LonTalk协议支持的介质包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤等。其他的许多网络只能选用几种专用的介质，而LonWorks网络可以同时使用上述各种介质，这是LonWorks技术的先进性之二。LonWorks网络的核心——神经元芯片(Neu．ron)是使用CMOSCLSIJI技术的神经元芯片，使实现低成本的控制网络成为可能。所有获取和处理信息、作出决定、生成输出和传播控制信息、标准协议、使用不同的通信介质所需要的功能都包括在每个神经元芯片中。神经元芯片是高度集成的，使用它所需要的外部器件是最少的。在这种芯片中有三个八位的CPU。第一个CPU为介质访问控制处理器；第二个CPU为网络处理器；第三个CPU为应用处理器。Neuron芯片使用专用的NeuronC编程语言进行应用编程。LonWorks技术除了总线式网络结构之外，用户还可以选用任意形式的网络拓朴结构。而且改善了CsMA，在网络负载很重时，不会导致网络瘫痪。网络通信采用了面向对象的设计方法，使网络通信的设计简化成为参数设置，这样不仅节省了大量的设计工作量，同时增加了通信的可靠性。LonWorks技术通信的速度可达1．25Mbit／s，在一个监控网络上的节点数可以达到32000个，直接通信距离可以达到2700m(双绞线)。一7—《电气应用》2005年第24卷第12期基于现场总线技术的远程分布式环境监测系统设计3系统结构和功能如图1所示，整个系统主要由本地监测中心、上级监测中心和各监测站组成。各监测站和监测中霹一⋯⋯—心内部采用传输介质为双绞线的LonWorks控制网络。监测站和监测中心之间则采用PSTN实现信息通道的互连。LON网和PSTN之间的通信主要由智能网络适配器NCB和Modem来实现。本地以A嘲I巴级监测中心：0L⋯⋯Il申网芙申申型I：中掣翌网关：RS232／485IlI：IlRS2~2／4+硐n：里IIIIRS232／485lI4i~s232／4s5lRs22／485$232／485$232／485IRS232／485i上：；l厂_1_；囱寓豳圈⋯豳...