LonWorks监控网络及其智能节点开发研究

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1、摘要摘要美国Echelon公司于90年代推出的局部操作网络LonWorks是目前最具有竞争力的现场总线系统之一。实现LonWorks技术的关键是LonWorks智能设备，即控制网络节点的应用开发。本文在对LonWorks技术、模糊控制技术和MCGS组态软件进行简要介绍的基础上，重点介绍了模糊自整定PID控制节点的设计过程，包括软、硬件的设计，并在上位机中实现了对现场数据的实时监视。本节点为基于主机的节点类型，主处理器选用美国TI公司生产的16位超低功耗单片机MSP430F149，通信处理器选用神经元芯片MC

2、l43150。主处理器处理较复杂的I／0事件和应用程序任务，通信处理器充当网络接口与主机和其它节点进行通信，两处理器各负其责，协同工作，充分发挥了主处理器对应用程序的强大处理功能和神经元芯片中LonTalk协议处理通信任务的优势。两处理器之间采用ShortStack软件包实现串行通信。智能节点采用模糊自整定PID算法，通过单片机编程来实现。它是在PID算法的基础上，通过计算当前系统误差e和误差变化率8c，利用模糊规则进行模糊推理，查询模糊矩阵表进行参数调整。它无须建立被控对象的数学模型，对非线性、大滞后的被

3、控对象以及时变性和外部环境的不确定性系统，具有一定的适应能力，使被控对象具有良好的动、静态性能。在上位计算机中采用MCGS组态软件对网络中的P1D参数和输出控制量等变量进行监视。上位机和网络间通过建立动态数据链接DDE(DynamicDataExchange)实现通信。最后结合实际，针对LonWorks监控网络及其智能节点在汽车传动轴磨损试验台中的应用进行了工程研究，并对模糊自整定PID算法进行了仿真研究，仿真结果表明该控制算法具有较好的控制效果和品质。关键词LonWorks；基于主机的节点；模糊自整定PI

4、D算法；MSP430F149单片机；神经元芯片；MCGS组态软件燕山大学工学硕士学位论文AbstractThelocaloperationnetworkLonWorksthatwasdevelopedbyAmericanEcheloncompanyin90sisoneofthemostcompetitivefieldbusatthepresenttime．ThekeyofLonWorkstechnologyisintelligentdevice，namelythedevelopmentofthecontro

5、lnetworknode．Inthispaper，wemainlyimroducedthedesignprocedureofthefuzzyauto-tunningPIDcontrolnodebasedonthebriefintroductionofLonWorks，fuzzycontroltechnologyandMCGS，includingthesoftdesignandthehardwaredesign．Werealizedthereal—timemonitoringtofielddatainthes

6、uperiorcomputer．ThisnodeiSahost—basednode．The16-bitsuper—lowpowerconsumptionsinglechipmicro—controllerMSP430F149producedbyAmericanTIcompanyisusedasthemainprocessor，andtheNeuronchipMCl43150isusedasthecommunicationprocessor．Themainprocessordisposesofthemorec

7、omplexI／Oeventsandtheapplicationtasks，andthecommunicationprocessoractsasthenetworkinterfaceandcommunicateswiththehostcomputerorothernodes．Thetwoprocessorsfulfiltheirrespectiveresponsibilitiesandcooperatewitheachother．Thenodemakesfulluseofthepowerfulprocess

8、ingfunctionthatthemainprocessordisposesofapplicationprogramsandtheadvantagethattheLonTalkprotocolofNeuronchipdisposesofcommunicationtasks．WeadopttheShortStackbetweenthetwoprocessorstorealizetheserialcommunica