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第5章 LonWorks智能控制网络1

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基于LonWorks的嵌入式智能分布测控网络软件系统设计与实现

基于LonWorks的嵌入式智能分布测控网络软件系统设计与实现
通 信 软 件 ， 由 Ｎ ｕｏ Ｃ 语 言 编 写 ； 络 控 制 管 理 软 件 主 要 是 它 ｅ ｒｎ 网
由 ＶＣ＋＋编写 。
测控领域 ， 高测 试系统 的水平和可靠性 。 由于有些测控要求 提 但 速 度快 ， 州步性强 ， 因而采用 Ｌ ｎ ｒｓ技术要 同时解决 速度和 ｏ Ｗｏｋ
同 步技 术 等 难 点 … 这 需 要 系 统结 构 、 件 、 件 等各 个 片 ｆ综 合 。 硬 软 ｆ 【 ｉ 协 调来 解 决 。
２ 单 片 机 与 Ｎ ｕｏ ｅ ｒｎ芯 片 的 通 信 软 件 设 计
本文结合 Ｃ ｗｅ — ２ ０ ｂ机载智 能分布 控制 网络 数据采 ｏ ｂ Ｌ １０
成 。如图 １ 示 ， 所 ４个 采 集 节 点 分 别 采 集 飞 行 试 验 中 的 直 流 电
括 单 片机 与 Ｎ ｕｏ １ ０ 片 的通 信 ； ｅ ｒｎ ３ ５ ｅ ｒｎ ３ ５ Ｎ ｕｏ １０芯 片 与
Ｌ ＯＮ 总线 通 信 。 ｅ ｒｎ ３ ５ Ｎ ｕｏ １０芯 片 只作 勾 网络 通 讯处 理 器 使 用 。
集 系统 的软 件 系统 设 汁来 论 述 嵌 人式 智 能分 布 测 控 网 络 。该 软 件 系 统满 足 ｒ上述 的 要 求 。
１ 系统 的 总体 说 明
采集节点主要 由信号调理部分 ， 信号 采集部分 ， 通信部分等 组成，如图 ２所示。信号采集部分主要由单片机 Ｃ８ ５ Ｆ ６ ０ １０ ４组
成， 它主要完成 ： 刘调理后的信号进 行 Ａ Ｄ转换 ； 受同步信 号； ／ 接 把采集 的数据 向 Ｎ ｕｏ １ ０ 片输 出；向信号调理部分发送 ｅ ｒｎ ３ ５
控 制信 号； 受 上他 机 网络 管 理 节 点 的 控 制 数 据 等 。通 信 部 分 包 接

第5章 LonWorks智能控制网络

第5章 LonWorks智能控制网络

数据通信是通过单端输入输出引脚CP0和CP1。该模式还 包含低有效的睡眠输出（CP3），它可以使当神经元芯片 进入睡眠状态时收发器进入掉电状态。 数据编码和解码使用的是差分曼彻斯特编码。这种编码方 式有利于在接收端从数据流中提取发送端的时钟信息而不 需专用时钟线。
数据帧结构 在正式发送报文之前，发送端发送一个同步头以确保接收 节点接收时钟同步。该同步头包括一个位（比特）同步域 和一个字节同步域。位同步域是一串差分曼彻斯特编码的 “1”，位同步的长度是可变的，以适应不同的通信介质。 字节同步域是1位差分曼彻斯特编码的“0”，表示同步头 结束，开始正式报文的第一个字节。 报文结束时，神经元芯片通信端口强制差分曼彻斯特编码 为一个线路空码，并保持到接收端确认发送的报文结束。 线路空码根据发送数据的最后1位高低状态来保持线路在 线路空码时为高电平或低电平。线路空码在CRC校验码 的最后一位开始，延时两位结束。
专用模式
在一些专用场合，需要神经元芯片直接提供没有编码和不 加同步头的原始报文。在这种情况下，需要一个智能的收 发器处理从网络上或从神经元芯片上来的数据。 发送过程：从神经元芯片接受到这种原始报文，重新编码， 并插入同步头； 接收过程：从网络上收到数据，去掉同步头，重新解码， 然后送到神经元芯片。 在专用模式时，CP2和CP4分别输出位和帧的同步时钟信 号，可用于和用户设计的智能型网络收发器连接，便于用 户任意地构成自己所需要的方式，这样就大大提高了神经 元芯片在通信方式上的灵活性。
1、神经元芯片的结构
3150 3120
神经元芯片的主要性能特点：
高度集成，所需外部器件较少； 内有三个CPU，分别实现不同功能； 11个可编程I/O引脚，可设臵34种预编程工作方式； 两个16位定时/计数器，15个软定时器； 网络通信端口可设臵为单端、差分、专用工作方式； 在外部存储器中可固化LonTalk协议、I/O驱动程序、事件 驱动多任务调度程序等固件； 提供用于远程识别和诊断的服务引脚； 48位内部Neuron ID，用于惟一识别Neuron芯片。

LonWorks技术简介及与RS-485总线网络比较

LonWorks技术简介及与RS-485总线网络比较

LonWorks技术简介及与RS-485总线网络比较LonWorks技术是美国Echelon公司推出的智能控制网的技术，为实现智能控制网络提供了完整的解决方案。

目前全球已有3000多家公司应用该项技术安装了超过500万个LonW orks节点，包括：ABB、BTE、Carrier、Schneider、Honeywell、Johnson-Controls、Motolota等。

LonWorks技术广泛应用于楼宇自控、空调暖通、工业控制、交通运输等行业，是全球领先的控制网络技术。

通信距离：RS-485总线最大传输距离是1.2km；LonWorks总线最大传输距离是2.7km。

传输速率：RS-485总线的传输速率为300-9.6kbps；LonWorks网络的传输速率为300-1.25Mbps。

网络结构：RS-485总线网络构成主从式集散控制系统；LonWorks网络可构成分布式任意结构形式网络。

网络容量：RS-485总线网络的一条通道最大可接255个节点；LonWorks采用三层结构，即域、子网、和节点。

系统的节点数量没有任何限制神经元芯片中含48位ID号，是全世界唯一的。

通信方式：RS-485总线网络难于进行实时通信；LonWorks网络采用了P-CSMA/CD技术可实时通信。

通信可靠性：RS-485总线网络的容错与检错能力须通过软件设定；LonWorks神经元芯片中有二个CPU专门负责通信，容错与检错能力是由硬件和软件同时完成。

产品互换性：RS-485总线网络无统一通信协议，产品难于兼容；LonWorks技术采用国际标准的LONTALK通信协议，真正实现了产品的互换性。

网络扩充功能：RS-485总线网络的扩充能力是有限的；LonWorks网络极容易扩充和修改、维护。

系统先进性：LonWorks网络技术是90年代初形成的国际标准，全球应用广泛。

远程监控与操作：LonWorks网络与Internet无缝连接，可以实现远程监控与远程操作。

LonWorks简介

LonWorks简介

LonWorks®技术介绍LonWorks技术为设计、创建、安装和维护设备网络方面的许多问题提供解决方案：网络的大小可以是两个到32385个设备，并且可以适用于任何场合，从超市到加油站，从飞机到铁路客车，从熔解激光到自动贩卖机，从单个家庭到一栋摩天大楼。

今天，在几乎每种工业应用中，有一种趋势就是远离专用控制方案和集中系统。

制造商正在使用基于开放技术的产品，如现成的芯片、操作系统和功能模块产品。

这些特性可以改进可靠性、提高灵活性、降低系统成本、改善系统性能。

LonWorks技术通过所提供的互操作性、先进的技术架构、快速地产品开发和可估算的成本节约，加速了这个趋势的发展。

LonWorks网络中设备的通信是采用一种称为LonTalk的网络标准语言实现的。

LonTalk协议由各种允许网络上不同设备彼此间智能通信的底层协议组成。

LonTalk协议提供一整套通信服务，这使得设备中的应用程序能够在网络上同其他设备发送和接收报文而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址，或其他设备的功能。

LonWorks 协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送，以提供规定受限制的事务处理次数。

对网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络和其他设备相互作用，这包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和启动/停止/复位设备的应用程序。

LonTalk——也就是LonWorks系统——可以在任何物理媒介上通信，这包括电力线，双绞线，无线（RF），红外（IR），同轴电缆和光纤。

虽然组建控制网络的方法有很多，但是对于自动化控制而言，平坦的、对等式（P2P）体系结构是最好的。

P2P体系结构和其它任何一种分级的体系结构相比，不再具有分级体系结构与生俱来的单点故障。

在传统的体系结构中，来自某一个设备的信息要传递给目标设备，必须先传送到中央设备或者网关。

因此，每两个非中央设备之间的通信包括了一个额外的步骤，或者说增加了故障的可能性。

Lonworks通信技术详解

Lonworks通信技术详解

4 数据传送
LonTalk文件传送协议只适用于数据文件的通信。 数据文件必须以32字节的报文传送(不包括协议 头)，窗口尺寸为6。
5 结构参数
应用开发者在安装过程中可以选择设置结构参 数。结构类型的网络变量能用于相对少量的结 构信息，这样做具有网络变量的长处，例如： 可以自我识别、自我记录、外接口文件的支持， 并有发送、接收数据的简化方法。对于大量的 结构信息，配置节点更简单的方法是使用结构 参数，结构参数是用LonTalk文件传送协议装入 节点或由网络管理读/写指令访问存储器得来的， 结构参数的使用能释放网络变量和以神经元芯 片作为主处理器的应用程序所占用的EEPROM。
神经元芯片定时 /计数器外部连 接图
•4. 通信端口 单端模式 差分模式 专用模式 •5. 时钟系统 •6. 睡眠/唤醒机制 •7. Service Pin •8. Watchdog定时器
• 单端模式
•差分方式的通讯口配置框图
•四.通信线路和设备
•双绞线收发器 •1.直接驱动
•2.EIA-485
多节点，多通信介质；
可靠性高；
实时性高。
2 LonTalk七层协议
3 LonTalk协议物理层协议
适应不同的通信介质，如：
双 绞 线 (twisted-pair) 、 电 力 线 (powerline) 、 无线电(radio-frequency)、红外线(infrared)、 同轴电缆(coaxialcable)、光纤(fiber)甚至是用 户自定义的通信介质。
2 LonMark对象
LonMark对象为应用层提供了可互操作性的基 础。LonMark对象描述了信息如何输入节点、 如何从节点输出、如何与网络上其他节点共享 信息的标准格式。

在互联网上对LONWORKS网络的控制

在互联网上对LONWORKS网络的控制

在互联网上对LONWORKS网络的控制王忠民蒋平王月娟（同济大学电气工程系上海 200092）[摘要] LOWORKS现场总线是应用广泛的新一代现场总线系统，具有网络协议开放，组网方式灵活，开发方便的特点。

利用DELPHI编程中的WebBroker技术可以较为方便地创建多应用的以HTML为基础的Web应用程序，以此实现通过网页浏览器访问、在INTERNET上实现对以Lonmanage DDE或LNS DDE为接口的LONWORKS网络监控。

[关键词] LONWORKS技术，DDE服务器，ISAPI编程，WebBroker技术1．LONWORKS与INTERNET的联接开放的分布式网络控制系统与INTERNET相联是网络控制系统发展的趋势。

INTERNET 的飞速发展为人与人之间的信息交流提供了方便快捷的方式。

而在控制系统领域，随着微电子技术的的发展，设备的智能化水平不断提高，对人与设备之间的信息交流和设备与设备之间的信息交流也提出了越来越高的需求。

通过INTERNET可以将地域分布的控制网络连接在一起，也可将不同的控制网络互连，组成一个统一的网络结构。

局部的控制网络（INFRANET）连接到INTERNET与INFRANET上，可以实现信息的自由流动。

建立在INTERNET之上的分布式控制网络不仅将象INTERNET自身一样带给人们不同的生活方式，同时将赋予每个局部控制设备一个无地域性的新特性，并且所有现存的LAN或WAN的信息传输基础设施可直接用于控制系统的建立。

将控制设备或节点连接上网的一种方式是在设备的嵌入式操作系统内内置WEB服务器，但对于通常以低价、紧凑为特点的嵌入式系统而言，它又略显庞大，此外服务于大容量信息传送的IP协议并不适合于以实时、频繁、短数据为特点的控制网络，此外这种方式并没有提供无缝的网络通信，因为这种方式通常局限在某个特定的控制网络协议内，信息在传递过程中将受到协议转换的限制，而无缝连接要求分布式开放的对等信息交流。

Lonworks通信技术详解课件

n (2) 网络维护
网络安装只是在系统开始时进行的，而系统维 护 则在系统运行的始终。系统维护主要包括维护和 修理 两方面。
(3) 网络监控
应用设备只能得到本地的网络信息，也即网络 传送给它的数据。
采用LON总线结构的现场网络
5.2.2 LON总线分散式通信控制处理器 —神经元芯片
1. 处理单元
n Neuron C是一种编程语言，它以ANSI C 为基础，专门为神经元芯片而设计，同 时加入通信、事件调度、分布数据对象 和 I/O 功 能 ， 是 编 写 神 经 元 芯 片 程 序 的 最为重要的工具。
n Neuron C 支持 ANSI C 的 (typedefs)、枚 举类型(enums)、数组类型 (arrays)、指针 类型(pointers)、结构类型 (structs)和联合 类型(unions)。
n 4 数据传送
LonTalk 文件传送协议只适用于数据文件的通信。 数据文件必须以32字节的报文传送(不包括协议 头)，窗口尺寸为6。
n 5 结构参数
应用开发者在安装过程中可以选择设置结构参 数。结构类型的网络变量能用于相对少量的结构 信息，这样做具有网络变量的长处，例如：可以 自我识别、自我记录、外接口文件的支持，并有 发送、接收数据的简化方法。对于大量的结构信 息，配置节点更简单的方法是使用结构参数，结 构参数是用LonTalk文件传送协议装入节点或由 网络管理读/写指令访问存储器得来的，结构参 数的使用能释放网络变量和以神经元芯片作为主 处理器的应用程序所占用的EEPROM。
•差分方式的通讯口配置框图
•四.通信线路和设备
•双绞线收发器
•1.直接驱动
•2.EIA-485
3. 变压器耦合

基于LonWorks网络的智能住宅家庭控制装置的设计

基于LonWorks网络的智能住宅家庭控制装置的设计
1 装置硬件设计
1．1 硬件功能规划
智能化住宅家庭控制装置所实现的功能包括：对住宅居室环境(温度、湿度)进行监控；对住户三表(水表、煤气表、电表)实现远传计费；对住户实现三防(防火、防煤气泄漏、防盗)；对厨房设备实现时序控制；对卫生间实现自动
排风控制。

其中每个装置均可作为一个智能节点，多个节点构成了智能小区管理网络系统(即LonWorks 网络)，在小区中心设置服务器可实现对整个网络的管理。

此外，家用电脑可与家庭控制装置通信，实现对室内设备的管理。

1．2 硬件总体设计方案
依据对装置功能的上述规划，可将装置分为两部分设计，即Lon 控制模块设计和采集模块设计。

控制装置以Lon 控制模块为核心，通过对采集电路所采集的各种信号加以作用，完成装置的各种功能。

其中Lon 控制模块包括神经元(neuron) 芯片、存储器、晶振、收发器等；采集模块包括I／O 接口电路、光电隔离保护电路、驱动电路、缓冲电路、保持电路、锁存电路以及A／D 转换电路等；二部分之间通过一个18 针双列直插式板边连接器和一个6 针单列直插式板边连接器相连，符合模块化设计，便于安装与调试。

该硬件装置原理图如图1 所示。

1．3 Lon 控制模块设计
在该模块的设计中，涉及到神经元芯片的选择、存储器的分配、通信端口的配置问题，分别介绍如下。

1．3．1 神经元芯片选择。

LonWorks智能控制网络


应用领域
楼宇自动化/ 工业自动化/ 家庭自动 化/ 交通运输自动化/ 公共设施自动 化/ 其他领域
*在全世界已安装的超过三千万LonWorks设备中 40%以上用于工业控制方案，包括物料储运、
连续印刷工序、废弃物管理、环境监测和其他等。 * Honeywell楼宇控制公司Rick Cathcart说道： “我们的客户一直在他们的控制系统中需求更大 的灵活性。我们已经找到一个开放的体系结构策 略能够解决这些客户的需求，并增强他们的选择 权。因为它的开放性和普及性，LonWorks将在 我们的楼宇自动化策略中占有重要的地位。”
● 网络层
◇网络地址分配、出错管理、网络认证、流量管理。 （1）分层编址 （2）组地址：路由器机制在这一层实现。
5种编址格式: 域地址：一个或多个信道上的节点逻辑集合（网络）；域 标识符ID分为0，1，3，6字节，是唯一的。 子网地址：是同一域中节点的逻辑集合；一个域中最多有 255个子网，一个子网最多有127个节点。子网中的节点 必须在同一信道上。 节点地址：是节点被赋予的所属子网内的唯一的节点标识 码，为7位，一个域最多可以有255*127=32385个节点。 组地址：与子网不同，组不考虑节点的物理位置，可以跨 越几个子网或几个信道，应答节点最多可包含64个，无应 答服务的节点个数不限。一个域最多有256个组，一个节 点最多属15个组。 芯片地址：一个独一无二的48位ID地址。
NV Update ACK 发送设备 接收设备
接收设备
（2）非确认重发服务
◇比较可靠。
重发定时器 Repeater Timer
◇报文向一个或一组节点发送多次（重发次数可配置），不 等待应答信号，即无确认。 ◇节省带宽。 ◇适合于向节点数较多的组进行广播，偶尔丢失数据并不要 紧的情况。

LonWorks智能控制网络1


LonWorks的技术特点
开放性：网络协议称为LonTalk 协议，符合ISO\OSI全部七 层模型,是开放的。 互操作性： 通信介质：可采用包括双绞线、电力线、无线、红外线、光 缆等在内的多种介质进行通信，并且多种介质可以在同一网 络中混合使用。这一特性使得不同工业现场的不同设备实现 互联。增强了网络的兼容性。 网络结构：能够使用所有现有的网络结构，如主从式、对等 式以及客户/服务式(Client/Server)。 网络拓扑结构：可以自由组合，支持总线型、环型、自由拓 扑型等网络拓扑形式。尤其是自由拓扑形式使得网络构建更 为方便灵活。 网络通讯采用面向对象的设计方法。通过网络变量及其捆绑 这一手段，使得网络通信的设计简化成为参数设置，方便用 户设计和使用，并增加了通信的可靠性。


LonWorks技术的核心是神经元芯片（Neuron Chip） 神经元芯片主要有3150和3120两大系列。3120芯片中 包含EEPROM、RAM和ROM存储器；而3l50芯片内部无ROM， 但拥有访问外部存储器的接口，总寻址空间可达64KB， 可用于开发更为复杂的应用。 生产厂家最早的有Motorola公司和TOSHIBA公司， 目前生产神经元芯片的厂家是TOSHIBA公司和美国的 Cypress公司。TOSHIBA公司生产的神经元芯片型号 为TMPN3120和TMPN3150两个系列。Cypress公司 生产的神经元芯片型号为CY7C53120和CY7C53150 两个系列。





依据通讯媒介的不同，具有300bit/s～1.25Mbit/s的通 讯速率。当通讯速率最高达1.25Mbit/s时，通讯距离为 130m；对78kbit/s的双绞线，直接通讯距离长达2700m。 采用域＋子网＋节点的逻辑地址方式方便地实现节点的 替换，最大节点数为255（子网/域）×127（节点/子网） ＝32385。 提供一整套完整的从节点到网络的开发工具。比如节点 开发工具为NodeBuilder；节点和网络安装工具为 LonBuilder；网络管理工具为LonManage；客户、服 务器网络构架打造LNS技术；具备完善的网络接口装置。 采用可预测P坚持（Predictive P-Persistent ）CSMA， 解决了网络过载的冲突及响应问题。
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Neuron芯片以2的 幂实现输入时钟的分频， 从而获得芯片的系统时 钟。系统时钟再4分频， 为应用I/O、网络通信端 口和CPU看门狗定时器 提供服务。 输入时钟10MHz时， R＝270欧姆，C＝30pF。 Rf＝100k，对陶瓷 谐振器Rf必须，对晶体 则可要可不要。
5、休眠/唤醒电路
（1）休眠电路 Neuron芯片在软件控制下，可以进入低功耗睡眠 模式。在这种模式下，晶振、系统时钟、通信端口和 所有的定时器/计数器都被关闭，但仍然保持着所有 的状态信息（包括Neuron芯片片内RAM中的内容）。 （2）唤醒电路 当一个输入跳变发生在下列任何一个管脚上时， 正常的操作恢复。 服务引脚（不可屏蔽的） I/O引脚（可屏蔽的） 通信端口（可屏蔽的）
5.2.3 神经元芯片的通信端口



神经芯片通信支持多种通信介质。使用最广泛的是 双绞线，其次是电力线，还包括无线、红外、光纤和同 轴电缆等。 为了适应不同的通信介质，可以将神经芯片的5个通 信引脚CP0～CP4配置三种不同的接口模式，以适应不 同的编码方案和不同的波特串。这三种模式分别为单端、 差分和专用模式。 单端、差分工作方式使用差分曼彻斯特编码。差分曼彻 斯特编码所提供的数据格式使得数据可在多种介质中传 送。
神经元芯片内部结构图
5.2.2 神经元芯片TMPN3150
1、引脚介绍
特点：内部无 ROM，有外 部存储器的接 口（A0~A15， D0~D7，~E， R/~W）。
2、CPU结构
神经元芯片内部装有三个微处理器，分别为 MAC处理器(通信处理器)、网络处理器和应用处理器。 MAC处理器完成介质访问控制，即OSI七层协 议的1，2层，包括驱动通信子系统硬件和执行MAC算法。 它和网络处理器间通过使用网络缓冲区达到数据的传送。 网络处理器完成OSI的3-6层网络协议，它处 理网络变量、寻址、认证、后台诊断、软件定时器、网 络管理和路由等。网络处理器使用网络缓冲区与MAC处 理器进行通信，使用应用缓冲区和应用处理器进行通信。 应用处理器完成用户的编程，包括用户编写 的代码以及用户程序对操作系统的服务调用。 各处理器分别同时独立工作，通过缓冲区进 行通信。神经芯片的三个处理器和存储器的结构图如图 所示。
Neuron 芯片内部3个8位CPU结构框图
3、神经元芯片的存储器
存储器类型（ E2PROM，RAM，ROM，外部存储器）
片内E2PROM
内部E2PROM用于： （1） 网络配置和寻址信息 （2） 独一无二的48位Neuron ID （3） 用户写的应用程序代码和一般只读数据
3150的E2PROM存储安装信息，其应用代码可写 在片内E2PORM中或片外扩展存储器中。
LonWorks技术的几个组成部分

LonWorks节点 LonWorks收发器 LonWorks路由器 LonWorks Internet联接设备 LonTalk协议 LonWorks网络和节点开发工具 LonWorks网络管理工具
5.2 神经元芯片
5.2.1 神经元芯片概述
1、单端模式


单端模式最常用，用于实现收发器与多种传输媒体的连 接，如构成自由拓扑结构的双绞线、射频、红外、光纤 以及同轴电缆等。 数据通信实际发生在单端输入引脚CP0和输出引脚CP1 上。 CP3在Neuron芯片进入休眠状态时输出低电平， 收发器依此切断有源电路的电源。CP4是冲突检测输入， 当硬件检测到信道上有冲突时，通过该引脚告知Neuron 芯片，该引脚低电平有效。
7、复位
复位引脚是漏极开路、双向且低有效的I/O引脚， 内部有一个电流源充当上拉电阻。
使复位引脚有效的方法有两种：
（1）外部信号驱动产生低电平输入 （2）内部控制产生低电平输出
引起复位引脚复位的内部控制有以下几种：
（1）软件（应用程序或网络复位消息） （2）看门狗定时器时间溢出 （3）低电压检测
复位引脚在下列条件扮演着极其重要的角色：
服务引脚电路
9、定时/计数器


神经元芯片带有两个片内16位定时／计数器。 定时／计数器1称为多路选择定时器，它的输入可通过 一个多路选择开关，从IO4-IO7四个I/O中选择一个，输 出可连至IO0。 定时/计数器2称为专用定时／计数器，它的输入是 IO4．输出是IO1，如图所示。
定时器/计数器结构图
一般采用外接LVI电路的复位电路 如图5-7所示 由于Neuron芯片复位引脚是双向的，LVI电路必须是集 电极开路或漏极开路输出。 常选用Dallas公司的DS1233集成芯片 复位期间，I/O引脚、通信端口以及服务引脚都处于高 阻状态。 在复位引脚释放后，在执行应用程序之前，由固件完成 软硬件的初始化。
5.1 概述




LonWorks是一种总线和控制网络技术 – 由Echelon公司1992年推出 – LonMark协会负责维护产品的互操作性 普遍用来联接家庭日常设备 – 家用电器、调温器、空调设备 – 电表、灯光控制系统 – 应用实例 连锁便利店的管理网络 已推广应用于工厂、火车、飞机、半导体制造业、智能楼 宇、加油站和货运列车制动等应用领域的测量控制系统中。 如Honeywell将LonWorks用于其楼宇自控系统。 LonWorks网可通过网络连接设备接入IP数据网络和互联网
LonWorks的技术特点
开放性：网络协议称为LonTalk 协议，符合ISO\OSI全部七 层模型,是开放的。 互操作性： 通信介质：可采用包括双绞线、电力线、无线、红外线、光 缆等在内的多种介质进行通信，并且多种介质可以在同一网 络中混合使用。这一特性使得不同工业现场的不同设备实现 互联。增强了网络的兼容性。 网络结构：能够使用所有现有的网络结构，如主从式、对等 式以及客户/服务式(Client/Server)。 网络拓扑结构：可以自由组合，支持总线型、环型、自由拓 扑型等网络拓扑形式。尤其是自由拓扑形式使得网络构建更 为方便灵活。 网络通讯采用面向对象的设计方法。通过网络变量及其捆绑 这一手段，使得网络通信的设计简化成为参数设置，方便用 户设计和使用，并增加了通信的可靠性。
（1）Vdd加电 （确保Neuron芯片完成初始化） （2）Vdd电源抖动（Vdd电源稳定后，确保Neuron芯 片完全恢复） （3）程序恢复（由于地址或数据出错造成应用程序无 法正常进行，就要使用外部复位来恢复程序，也可 等看门狗时间溢出，从而引起软件复位）； （4）Vdd掉电（确保正常关机）
复位电路
典型的Lonworks网段
LonWorks的基本技术要素



特有的神经元芯片Neuron Chip –可作为通信处理器和测控处理器 –构成LonWorks现场控制节点 LonTalk通讯协议 –遵照国际标准化组织提出的OSI通信参考模型 –具有完整的7层的通信协议 通信传输介质 –双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等 都可作为该网络的传输介质
6、看门狗定时器
Neuron芯片为防止软件错误或存储器出错， 包含三个看门狗定时器（每个CPU一个）。如果应 用或系统软件没有周期的刷新这些定时器，整个 Neuron芯片将自动复位。 在输入时钟速率为10MHz时，看门狗的复位周 期大约是0.84秒，与输入时钟速率成反比。 当Neuron芯片进入休眠模式时，看门狗定时器 挂起。
外部存储器
3150片内不包括任何ROM，允许外扩58K的外接存 储器。外接存储器用来存ron芯片固件以及保留空间（16K） 应用程序和数据可用的42K的存储空间也可包括网 络缓冲区和应用缓冲区。 外接的存储空间可由FLASH、RAM、ROM、PROM、 EPROM、EEPROM以及它们的组合组成，以256字节 递增。
各种Neuron芯片的比较
Neuron芯片的主要特点
（1）高度集成，所需外部器件较少 （2）三个8位CPU，输入时钟范围：625kHz~10MHz （3）11条可编程I/O引脚（有34种工作方式） （4）两个16位的定时器/计数器， 15个软定时器 （5）网络通信端口可设置单端、差分和专用工作方式 （6）固件包括：LonTalk协议、I/O驱动程序、事件驱 动的多任务调度程序 （7）服务引脚：用于远程识别和诊断 （8）每个Neuron芯片有唯一的48位的内部ID号。 （9）内置低压保护以加强对片内E2PROM的保护。 （10）通讯速率：610b/s ----1.25Mb/s


LonWorks技术的核心是神经元芯片（Neuron Chip） 神经元芯片主要有3150和3120两大系列。3120芯片中 包含EEPROM、RAM和ROM存储器；而3l50芯片内部无ROM， 但拥有访问外部存储器的接口，总寻址空间可达64KB， 可用于开发更为复杂的应用。 生产厂家最早的有Motorola公司和TOSHIBA公司， 目前生产神经元芯片的厂家是TOSHIBA公司和美国的 Cypress公司。TOSHIBA公司生产的神经元芯片型号 为TMPN3120和TMPN3150两个系列。Cypress公司 生产的神经元芯片型号为CY7C53120和CY7C53150 两个系列。

8、服务引脚（Service Pin）
服务引脚用于配置、安装和维护LonWorks节点。服务 引脚既可作输入也可作输出。输入和漏极开路输出交替，频 率是76Hz，波形占空比是50％。作输出时,能吸收20mA的 电流，通过一个低电平，来点亮一个外接的LED。 当节点没有有效的应用代码或芯片已坏时，LED保持为 亮。当节点还没有被配置网络地址信息时，LED以0.5Hz的 速率闪烁。当节点已配置网络地址信息时LED保持为亮。 当给服务引脚输入低电平时，将引起Neuron芯片在网上 发送一个包含48位Neuron ID的网络管理消息，网络管理设 备将使用该消息中包含的信息来安装及配置该节点。
片内RAM
RAM 用来存储： （1）堆栈段数据区、应用程序数据区和系统程序数据区 （2）LonTalk协议的网络缓冲区和应用缓冲区 即使在睡眠模式下，RAM的状态保持着。 当节点复位时，RAM中的数据将被清除。