LonWorks技术概述

LonWorks技术概述
关键词LonWorks技术,LonTalk协议，ANSI709,智能收发器,LonWorks到IP
当今世界上使用最广泛的控制网络协议是LonWorks控制网络协议，自从80年代后期，美国埃施朗(Echelon)公司开发出这一平台技术以来，到目前为止，已有约4千万的设备安装在世界各地。

这些产品广泛地应用在智能楼宇、工业控制、家庭智能化和交通等领域。

LonWorks技术的核心是LonTalk协议，该协议现在已成为很多组织的标准，包括ANSI /EIA/CEA-709.1-A-1999 (最新的版本是：ANSI/EIA/CEA-709.1- B-2002)，ANSI/CEA/EIA 852 ,CEN TC 247,IEEE 1473L等。

各种日常设备组成机器到机器的控制系统(M2M)，它们完成一系列的功能：探测、处理、执行和通信。

LONWORKS 是一个通用的M2M 网络平台，使得这些功能的核心部分得以实现，并且将这些各种行业的日用设备，转变成智能的、互可操作的设备。

LONWORKS 是一个开放的标准，它使得OEM厂商生产出更好的产品,系统集成商可以籍此来创建基于多厂商产品的系统，最终为规范制定人员和业主提供了选择性的可能。

LonW orks网络系统地规模，可以从有几个节点构成的系统到涵盖全球的网络体系。

在全世界，目前有4500多家厂商生产开发基于LonWorks技术的产品，在中国从事LonWorks技术研发、集成的单位也有上百家。

Echelon公司提供一整套的产品，来帮助客户开发基于LonWo rks的产品,和集成基于LonWorks的系统。

它们包括开发工具、收发器和智能收发器，模块，网卡，路由器，互联网服务器，LNS软件，和企业级的平台软件Panaromix。

自从Lontalk协议成为美国国家控制网络标准后，其它公司也开发出了基于ANSI７０９. 1的芯片。

在Echelon公司，ANSI７０９.1协议称为LonTalk协议。

运行Lontalk协议的芯片称为神经元芯片(Neuron Chip)。

１９９1年，第一代神经元芯片由日本东芝公司投入生产。

目前有两家公司生产神经元芯片，分别是美国的Cypress公司和日本的东芝公司。

神经元芯片(Neuron Chip)主要有两大系列，３１２０和３１５０，3120根据片上存储器空间的大小分为不同的型号。

各个公司生产的神经元芯片具有一些共同的特点，例如每一个芯片均带有一个48位的序列号，芯片的工作温度均为工业温度，芯片中均有三个8位的处理器，分别是介质处理器、网络处理器和应用处理器。

现在市场上的几种神经元芯片的性能比较见表一。

表一常见神经元芯片
LonTalk（ANSI709.1）协议，是一种不依赖于传输介质的网络协议。

支持的传输介质包括双绞线、电力线、无线、光纤、IP信道等，详细资料，请参阅表二。

表二LonWorks技术支持的传输介质
在LonWorks网络中，一个具有网络逻辑地址的智能设备称为一个节点。

节点的构成，一般可以用神经元芯片、收发器和应用电路组成，如果神经元芯片不能满足数据处理的要求,可以采用主处理器加神经元芯片的方式。

在这里，神经元芯片作为通信协处理器来使用。

主处理器和神经元芯片之间可以通过并口、SPI或SCI串口、双端口RAM等方式实现数据的交换。

埃施朗(Echelon)公司智能双绞线收发器和智能电力线收发器同样可以这样使用。

智能收发器是将神经元芯片和收发器集成在一个芯片中，这样做一方面提高了集成度，另一方面降低了成本，同时提高了可靠性。

智能收发器有两种类型，双绞线智能收发器和电力线智能收发器。

他们的参数的简单比较参见表三。

表三智能收发器
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，其网络编制采用三级寻址结构，分别是：域、子网和节点地址。

可以支持18,446,744,073,72 6,329,086 个域，一个域中可以支持255 个子网，一个子网中可以支持127 个节点，即一个域中可最多有32,385 个节点。

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它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，或其它设备的功能。

L onWorks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它设备相互作用，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。

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。

P2P体系结构的设计相比之下，它允许两个设备之间直接通信，这避免了中央控制器的故障可能性，并且排除了瓶颈效应。

此外，在P2P设计中，设备的故障更多的可能是只影响到一个设备，而不象非平坦的、非对等式体系结构中潜在的影响到许多设备。

把LonWorks设备组成LonWorks控制网络，设备的组网方式可以有下列几种方式：自安装、自动安装和定制安装。

自安装，是最简单的安装方式，设备组网通过设备间使用简单的拨动开关、拨盘编码、房间编码或区域码来作为设备的识别，从而建立设备之间的通信。

这种安装方式不需要使用安装工具，具有即插即用的特点，适合于小规模的、封闭系统的应用情况。

这种安装方式，在系统升级和扩展时，会遇到困难，并且也没有中心监控和服务功能。

自动安装，这种组网方式，网络中有一个中心控制应用设备来负责安装和连接所有设备，适合应用在自动读表、家庭网络、机车控制和船舶控制等领域，不需要专门的安装工具。

适合中小规模的应用。

这种安装方式，要求对网络应用环境有非常全面而透彻的了解，中心控制器实施网络安装时，对全局网络应统筹安排，需要额外的网络管理服务功能支持。

定制安装，是安装人员使用一个安装工具来完成网络的设计、安装，适合的应用场合，高端定制家庭应用，商业楼宇和工业应用等。

与上述两种安装方式相比，网络具有最大的灵活性，非常适合有未来扩展要求和升级要求的应用场合。

适合各种规模的应用场合。

这种安装方式需要专门的安装人员，需要安装工具来实现网络管理服务。

LonWorks网和TCP/IP
互联网应用的普及，在控制网络领域同样也带来巨大的冲击。

因此一些专家把IP深入到设备的应用当作未来控制网络发展的趋势。

但是，由于TCP/IP是一个数据网络技术，因此在一些方面可能不能完全满足控制网络的需求，首先TCP/IP对物理层的定义，满足不了一些特定场合的要求，例如对欧洲电磁防护的要求；第二，当使用集线器的方式来连接网络时，集线器就形成了单点故障瓶颈，且提供不了多点复用的信令方式；第三，如果要求TCP/IP 支持多种通信介质，那么需要非常昂贵的投入来实现；第四，对于一些特殊的应用场合，如要求数据和电源一起传输，没有标准的解决方案；第五，对于要求TCP/IP适合工业温度范围要求的情况，可能导致成本较高。

我们认为，能有效利用TCP/IP网络的便利性的最佳方案是，将现有的控制网络协议如ANSI709协议和TCP/IP有机地集成在一起。

这样做的好处是：第一，ANSI709.1协议是一个经过实践检验的标准协议，数量巨大的基于该协议的设备目前在世界各地运行，这是其他任何控制网络所没有达到的规模；第二，超过4500家产商，使用该协议来开发产品，具有巨大的市场规模；第三，支持ANSI 709.1协议的收发器具有高性能、低价格的特点，支持各种通用的传输介质，如双绞线、电力线、光纤、无线、红外等，且支持数据和电源同时传输的方式；第四ANSI709.1协议，是一个完整的解决方案，包括协议芯片和全面的网络管理体系结构，路由器，网络接口和一些烈的开发工具等。

实现ANSI709.1到TCP/IP的转换，有相关的标准可以参考，如EIA852。

用户可以自己开发相应的转换设备，同样在市场上，很多国外公司提供实现这种转换的产品，如埃施朗公司的iLo n系列产品，该系列产品目前有三种型号，分别是iLon10，iLon100，iLon600，其中iLon 600提供第三层的路由功能，符合EIA852标准；iLon100提供SOAP/XML接口，支持GPR S连接，并具有强大的网页服务器功能；iLon10适合低成本的应用场合，支持外部的mode m和GPRS modem。

LonWorks技术从诞生到现在，经历了三代产品的发展，在第三代产品中，代表性的有：第三代的开发工具，主要部分重新基于Windows 2000 和Windows XP编写，编辑资源和代码生成工具都得到更新，编写插件程序的工具已更新，在编程语言上有了很大的改进，固件已可以支持3.3V Neuron 芯片等；iLon产品系列；智能收发器系列；企业级平台软件Panoramix；网络能源服务系统（NES）等等。

LonWorks 技术是一种开放的网络平台，正在被越来越多的厂商、用户、集成商以及技术人员所认同。

它的对等性、平坦性、开放性、可互操作性等特点，应该在我们的各个领域得到越来越广泛的应用。

EIA-485{过去叫做RS-485 或者RS485）是隶属于OSI 体系物理层的电气特性规定为2线，半双工，多点通信的标准。

它的电气特性和RS-232大不一样。

用缆线两端的电压差值来表示传递信号。

1极的电压标识为逻辑1，另一段标识为逻辑0。

两端的电压差最小为0.2V以上时有效，任何不大于12V或者不小于－7V的差值对接受端都被认为是正确的。

编辑本段性能
EIA-485仅仅规定了接受端和发送端的电气特性。

它没有规定或推荐任何数据协议。

EIA-485可以应用于配置便宜的广域网和采用单机发送，多机接受通信链接。

它提供高速的数据通信速率。

(10 m 时35 Mbit/s ；1200 m时100 kbit/s 1200 m)。

EIA-485和EIA-422一样使用双绞线进行高电压差分平衡传输，它可以进行大面积长距离传输（超过4000码，1200米）。

和EIA-422相对照的是，EIA-422采用不可转换的单发送端，EIA-485 的发送端需要设置为发送模式，这使得EIA-485可以使用双线模式实现真正的多点双向通信。

EIA-485推荐使用在点对点网络中，线型，总线型，不能是星型，环型网络。

理想情况下EIA-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。

没有特性阻抗的话，当所有的设备都静止或者没有能量的时候就会产生噪声，而且线移需要双端的电压差。

没有终接电阻的话，会使得较快速的发送端产生多个数据信号的边缘，这其中的一些是不正确的。

之所以不能使用星型或者环型的拓扑结构是由于这些结构由不必要的反映，过低或者过高的终接电阻可以产生电磁干扰。

EIA-485在使用四线时可以和EIA-422一样实现全双工。

EIA-485可以实现真正的多点通信，在许多情况下并没有什么用处。

在某些限制条件下EIA-485 和EIA-422可以实现相互的连接。

编辑本段用途
SCSI-2和SCSI-3通常使用这种标准的设备来作为物理层。

EIA-485 经常和常用设备UART一起使用来实现在飞机上的低速率数据传输，举个例子，一些乘客控制单元采用这种设备，从而只需要很少的线缆就可以实现几个椅子共享线缆，从而减轻整个设备的重量。

EIA-485 同样可以在一些工厂的项目控制机器上看到，来实现工厂不同楼层之间的数据通信。

它可以抵抗机械设备和焊接设备的电磁干扰。

EIA-485 在大型音频系统中使用，我们可以在音乐厅合剧院见到这种设备，可以使用普通的计算机来运行一些特殊的软件实现远距离音频设备的控制。

EIA-485通过XLR标准的线缆连接的设备大量的用于麦克风上，从而实现舞台和控制台之间的连接而不需要预设线路。

EIA-232接口标准
EIA-232接口标准是常用的DTE-DCE接口标准之一，由美国电子工业协会(Electronic Industries Alliance)联合贝尔公司，数据通信设备制造厂商和计算机制造厂商开发的一个使用串行二进制方式进行交换的DTE和DCE间的接口标准，于1969年制定，早期称RS-232标准。

1.机械特性
EIA-232接口一端有DB-25针状连接头，另一端有DB-25孔状连接头的25线电缆。

电缆长度不超过15米。

2.电气特性
所有数据以逻辑0和1的形式传输。

编码采用非归零电平编码，规定逻辑1的电平为-15v~-5v，逻辑0的电平为5v~15v，也即EIA-232C采用15v~-15v的负逻辑电平，5v和-5v之间为过渡区域不做定义。

3.功能特性
EIA-232对DB-25连接头上的每一个引脚的功能都进行了定义。

4.规程特性
步骤1:显示传输之间接品的准备工作。

步骤2：保证四个设备都已就绪，可以传输。

步骤3：在发送和接收调制解制器之间建立物理连接。

步骤4：数据传输过程。