基于LonWorks和iBotton技术的新型电子考评装置

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摘要:该文阐述LonWorks技术的优点和基于lonworks和ibotton技术的新型电子考评装置的特点着重介绍其硬件组成、软件设计及系统工作原理,最后讲述具体的应用场合。

关键词:总线; LonWorks;电子考评装置

中图分类号:TP336文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)13-3553-01

1 引言

现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低,计算机与计算机网络系统得到迅速发展。现场总线可实现整个企业的信息集成,实施综合自动化,形成工厂底层网络,完成现场自动化设备之间的多点数字通信,实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。由于现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求,设备一对一的分别进行连线的结构形式。把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备,加上现场设备具有通信能力,因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表,直接在现场完成,实现了彻底的分散控制。现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等,具有较强的抗干扰能力,能采用两线制实现供电和通信,并可以满足安全防爆的要求。由于现场总线结构简化,不再需要DCS系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线,节省了硬件数量和投资。简单的连线设计,节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力,减少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单,易于重构等优点。Lonworks是由美国Echelon公司于20世纪90年代初推出的现场总线,它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议,这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线,在工业控制系统中可同时应用在Sensor Bus、Device Bus、Field Bus等任何一层总线中。它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外,另外,在一个Lonworks控制网络中,智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通信。每个节点都包含内置的智能来完成协议的监控功能。一个Lonworks控制网络可以有3个到30000个或更多的节点:传感器功能(温度、压力等)、执行器功能(开关、调节阀、变频驱动等)、操作接口(显示、人机界面等)、控制功能(新风机组、VAV等)。由于不需要像传统控制系统中的中央控制器,Lonworks分布式控制技术显示出很高的系统可靠性和系统响应,并且降低了系统的成本和运行费用。神经元芯片完成节点的事件处理,并通过多种介质把处理结果传递给网络上的其它节点。同时还采用面向对象的设计方法,通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质和多种拓扑结构,并开发了本质安全防爆产品,被誉为通用控制网络。

目前,在数字识别领域,尤其在电子考勤系统中所采用的介质多为磁卡和IC卡。这些介质存在携带不便、易受损坏、不能适应恶劣环境的不足;而电子考勤系统所选介质必须能较好地解决这些问题。美国DALLAS半导体公司推出的新型智能化信息载体iButton,采用不锈钢外壳封装,具有抗撞击、防水渍、耐腐蚀、抗磁扰、防折叠的特点,满足了电子考勤系统的要求。除了信息载体应满足一定的要求外,电子考勤系统还必须依靠可靠的网络支持。Lonworks网络是一种新型的现场总线网络,由美国EcHELoN公司和MOTOROLA公司共同研制开发。其支持0517层协议架构,网络拓扑结构灵活,系统可靠性、可维护性好并采用先进的纠错技术,抗干扰性强。而且,LonworkS对iButton器件提供通信接口支持。因而,采用iButton和LonworkS技术构建电子考勤系统成为可能。基于iButton技术及Lonworks技术所设计的智能电子考勤系统,能较好地解决传统IC卡、磁卡考勤系统存在的不足,同时又满足了分布式系统在可靠性、可维护护生、稳定性方面的要求。

2 系统基本组成

本系统的基本结构,由三部分构成:

一为内置有LonW0rks通信卡的微机;二为智能考勤节点;三为考勤触头及iButton。微机处于主导地位,具有网络监测、网络控制和网络管理功能。智能考勤节点为数字量输入的LonworkS节点模块,主要将考勤触头送来的数据发往微机。考勤触头及iButton,主要负责数据采集,并将采集到的数据送人考勤节点。

2.1 智能通信卡

智能通信卡是LonW0rkS与监控微机连接的桥梁,是实现分布式系统信息收集、数据处理、现场控制等功能的枢纽,在通信过程中起关键作用。通信卡作为Lonworks网络上的一种特殊的网络节点,可以与其上所有分布式节点进行对等的数据通信。对微机而言,通信卡为一智能外设,可快速实现与微机的数据交换。智能通信卡的功能框主要包括Neu-ron神经元芯片、收发器、EEPRoM、双口RAM、译码电路和Serviee电路等。通信卡遵循LonTalk协议,通过以Neuron为核心芯片的网络接口,与LonworkS网的智能节点进行通信,并通过对双口RAM访问实现与微机的数据交换。双口RAM存储单元的地址分配,在微机和Neuron芯片两侧有所不同。Neuron芯片和微机之间的通信,综合采用了标志查询、定时中断和事件驱动等多种方式。

2.2 智能考勤节点

智能考勤节点实际为数字量输入的Lonworks节点模块。Neuron芯片提供有100~1010共11个I/O引脚,通过对其进行编程,可配置成多种不同的1/0对象。其中Touch1/0对象类型用于与DAL-LAS半导体公司开发的l-Wire协议接口,因而LonworkS可方便地支持iButton等1-Wire器件。

2.3 iButton及考勤触头

iButton采用纽扣状不锈钢外壳封装,内部由1/0处理器和存储器两个基本部分组成,以l-Wire规范作为通信协议,与外界进行信息交换。l根数据线和1根地线构成了iButton的电气接口。采用独特的主从式、位同步、半双工串行方式与外界通信,信号同步由内部定时逻辑解决,而数据通信的能量则由数据线提供。本系统中的iButton采用DS1990A,其带有64位全球唯一的标识号,作为考勤人员的身份标识。考勤触头直接采用DALLAS公司的DS9092GT触头。

3 系统软件设计

软件设计亦由三部分组成。一是管理信息数据库系统,操作界面用vB6.0或vC6.0开发,数据库采用Aeeess或oracle、SQLserve:。二为通信卡上的通信程序。三为考勤节点的数据采集程序。这两部分程序用NeuronC语言开发。管理信息数据库系统与通信程序间基于双口RAM技术实现数据交换,而通信程序与数据采集程序间采用NeuronC显式报文技术实现数据交换。人们随身携带iButton,当进入单位或其他需作考勤的场所时,将iButton与考勤触头接触。iButton的标识号通过考勤节点进入微机,加上时间标签存于管理信息数据库中。根据不同的物理位置,设置考勤节点,每个考勤节点又可以连接若干个考勤触头。根据应用系统的大小选用关系数据库。若系统较小采用Access即能满足要求;否则,采用Oracfe或SQLserver。

4 系统应用

本套系统融合当今世界最新的iButton与Lonworks技术,设计思路新颖独特。iButton技术较好地解决了目前电子考勤系统普遍存在的携带不便、易受磁扰电扰、易受腐蚀、容易折损、不能适用于恶劣环境的不足;而采用Lonworks网络技术,使之成为一分布式的系统,有效作用范围高达数公里,并且稳定性、可靠性和抗干扰性大大提高,可以满足大型企业尤其是化工、煤矿、冶金等企业的人员考勤。本套系统实现简单,成本低廉,网络维护方便,有望产生较好的经济效益和社会效益,具有广泛的应用前景。

参考文献:

[1] 王锦标.现场总线综述[J].冶金自动化,1998(6):1.

[2] 周振环,凌志浩,马欣,等. Neuron芯片在新一代分布式测控系统中的应用[J].世界仪表与自动化,1998(10):40.

[3] 王吉庆.信息技术课程与教学论[M].杭州:浙江教育出版社,2003.