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3 高速智能节点的设计
3.1高速智能节点的硬件系统结构设计
该高速智能节点是基于FPGA架构来设计的。FPGA是整个系统的控制中心和数据交换桥梁，而且能够实现对底层的信号快速预处理，在很多信号处理系统中，底层的信号预处理算法要处理的数据量很大，对处理速度要求很高，但算法结构相对比较简单，适于用FPGA进行硬件编程实现。
系统的原理框图如图3所示。
图3 通用高速智能节点总体结构框图
整个高速数据采集处理系统的主要硬件构成为：
1）ACEX1K系列EP1K30TC144-3：主处理器，是整个系统的控制中心和数据处理中心，特点是电路连接I/O口多，速度快；
2）AD9288：实现4路8位采样，最高采样频率为100 MSPS，适合应用与高速信号测量仪器；；
3）Neuron芯片：通信协处理器，负责通信功能
4）双口RAM：主处理器与通信协处理器的接口，实现数据交换；
5）收发器FTT-10A：将数据传递至LON总线。
在控制台发出采集指令或定时器的作用下，模拟输入经AD采样进入FPGA，经过FPGA里的信号处理模块和算法处理后存入RAM，经Neuron芯片读出至LON网络。
3.2 高速智能节点的软件设计
软件设计包括：数据采集和控制。
1） 数据采集软件设计
数据采集当上位机发出采集数据指令后，通过网络变量送到相应的节点，然后控制外部传感器执行相应的数据采集指令，并将采集到的数据经 A/D 转换送到神经元芯片，再经过网络变量传递，经 LNS DDE 动态数据连接传递给监控软件，并进行图形化显示给操作者。这一流程可以不断循环进行，直到满足所有条件为止。这一部分的总体流程如图4所示
图4 采集程序的软件流程图
图5 控制程序的软件流程图
数据采集部分核心软件：本部分的主要功能是将采集到的模拟信号通过电平转换、滤波及多路开关后分成 8 路信号，再进行 A/D 转换变成数字量，经过加工处理后，送至网络数据库，自动改写其中的网络变量的值。
2）控制软件设计
控制软件主要是负责对底层设备的控制。当控制中心在监控软件下发出控制指令，经DDE 传递给 LonWorks 网络，通过网络变量送到对应的节点，在经过 D/A转换，底层设备接收后开始数据采集，然后进行检测是否有下一个控制指令。这一流程也是可不断循环直到满足所有条件为止。这一部分的总体流程如图5所示。
3.3 实验结果
输入一正弦波，周期为1s，得到如图6示结果：
图6 实验结果
4 结束语
本设计成功的实现了利用FPGA芯片作为LON网络智能节点的主处理器，并且采用双口RAM实现了主处理器与NEURON芯片之间的数据传递。本系统适合大多数数据采集场合，能达到通用和高速的目的。
采用FPGA进行设计可缩短开发生产周期，而且现场灵活性好，它不但包括了MCU这一特点，而且可触及硅片电路的物理界限，并兼有串、并行工作方式，高速、高可靠性以及宽口径适用性等诸多方面的特点。因此，利用基于FPGA的LON网络的高速智能节点的设计具有一定的实际意义和价值。
参考文献
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[2]万耀,等.基于FPGA多通道数据采集系统设计[J].微计算机信息, 2007年第2-2期:199-201;
[3]史雪飞.LonWorks 现场总线技术中关于节点的设计与应用[J].仪表技术与传感器,2002,(4);
[4]梁阿磊,等.基于Lonworks网络的多处理器智能节点设计[J].计算机研究与发展,2000年4月; |
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