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。
10 MHz
2 KB
No
CY7C53150
20 MHz
0.5 KB
Yes
CY7C53120E4
40 MHz
4 KB
No
典型LONWORKS设备的组成
3个CPU各自完成什么功能?
大多数LONWORKS设备由OEM（原始设备制造商）提供，但埃施朗公 司也提供一系列的LONWORKS设备，用于和例如4-20mA传感器或010V执行器之类非LONWORKS传感器和执行器的连接。这些设备叫做 LonPoint®模块。
5个引脚配成3种接口模式
单端模式 差分模式 专用模式
单端模式
差分模式
专用模式
收发器
1、双绞线收发器 2、电力线收发器 3、无线收发器
1、双绞线收发器
（1）直接驱动接口
使用Neuro芯片内部收发器； 1.25Mbit/s,30m，64个节点； 0.9V~Vdd-1.75V。
（2）RS-485
5、串行输入
6、串行输出
5.3 LonTalk通信协议
首先需理解的重要概念：网络变量（NV）
网络变量是一个节点中的一个对象，最大31字节，做多62个NV。 可以与一个或多个其他节点的网络变量相连接。 从网络的观点定一个节点的输入和输出。 如果一个程序更新了它的输出网络变量的值，则该值通过 网络传给所有的与该输出变量相连接的其他节点的输入网络变量。 接收设备
3、字节输入
IO0 represents the LSB of the input data.
4、字节输出
IO0 represents the LSB of the output data.
For example, an alphanumeric display panel can use the byte object for data, and use bit objects for pins IO8 to IO10 for control and addressing.
CPU
存储器
（片内）
（片外）
when A15 is low, the TMPN3150 accesses external memory at addresses 0000 to7FFF.
5.2.2 收发器及通信模式
每个网络设备都包含一个收发器。收发器提供LONWORKS设 备和LONWORKS设备以及LONWORKS网络之间的物理通信 接口。具有不同类型收发器的产品仍然能互操作，但这需要使 用路由器。
组：一个域内节点的逻辑组合。
LonTalk报文服务 （1）确认服务（Acknowledged）
事务定时器 Transaction Timer
LonTalk提供的服务
◇发送方必须收到每个接收节点的确认信号，如果在配置的时 间周期内没有收到所有节点的全部确认信号将重新发送。 ◇最可靠的服务方式。 ◇适合于发送设备发送不成功时需要采取动作的场合。 ◇消耗额外带宽。
5.2 神 经 元 芯 片 Neuro Chip
5.2.1 神经元芯片结构 5.2.2 收发器及通信介质 5.2.3 芯片应用I/O
LonWorks节点与网络 概览
● Neuron Chip ● Transceiver ● Sensor and control unit ● Power supply
LonMark——LonWorks用户标准化组织 为了加速开放系统的推广，Echelon 公司制订了开放系统联盟（OSA） 计划。OSA集合了致力于促进基于 LonWorks平台的开放系统的制造商、 集成商、经销商和其他公司。OSA 会员经过专门培训，能充分利用 LonWorks网络为其顾客提供最大利 益。 OSA成员采用LonMark认证的 产品，能保证不同制造商的 LonWorks产品之间的互可操作性。
● Twisted-pair cable（双绞线） ● Infrared rays（红外线） ● RF（无线） ● Power line（电力线） ● Coaxial cable（同轴电缆）
The example is a network using the three types of communications: twisted pair, radio frequency, and power line.
5.2.1 神经元芯片结构
主流芯片
Motorola公司：MC143150、MC143120系列 TOSHIBA公司：TMPN3120、TMPN3150系列 Cypress公司：CY7C53120、 CY7C53150系列
Part Number
Max Input Clock
EEPROM
RAM
ROM
Package
Onboard A/D Yes
External Mem ory I/F No
TMPN3120A20M
20 MHz
1 KB
1 KB
16 KB
32 pin SOP
TMPN3120A20U
20 MHz
1 KB
1 KB
16 KB
44 pin QFP
Yes
No
TMPN3120B1AM TMPN3120E1M TMPN3120FE3M
它使用先进的双载波频率以及数字信号处理技术，一旦启动双频 模式， 当主频段（ 125KHz-140KHz ） 通讯受阻时可自动切换 至备用频段（110KHz-125KHz）继续通讯。
电力线的频率分布
PL 3120 和PL3150 电力线智能收发 器——低功耗的收发器。
3、无线收发器
5.2.3 芯片应用I/O
36个节点,500~1000包， 一般p-坚持算法—— 碰撞率10%上升到54%； 预测p-坚持算法—— 稳定在10%。
BL（Backlog）——网络积压参数。 对当前网络繁忙程度的估计，每个节点有一个BL。 W——节点发送前随机插入的最大时间片数。 W=BL*Wbase, Wbase=16
报文 随机等待时间T（T=0~W） Beta1
nvoHVACTemp nviOccSnviSpaceTemp
LonTalk协议特点
LonTalk协议符合ISO/OSI参考模型的七层体系结构。
1、采用分级编址方式，即域、子网、 节点地址。
域
子网
节点地址
2、支持多种通信介质。 3、互操作性强。 4、响应时间快。
5.3.1 各层协议
RS485收发器； 39Kbit/s,600m;32个节点； -7V~+12V。
（3）变压器耦合接口
强干扰场合应用。 78Kbit/s,1.25Mbit/s。 FTT-10,LPT-10。
2、电力线收发器
单端工作方式。V<=10Kbit/s。 PLT-22
Echelon 公司早在1999 年推出的PLT-22 电力线收发器， 是一种采用电力线载波技术的收发器，它使控制系统和设 备通过电力线通信。数据可通过现有的电力供电线路传播， 而无需重新布线，从而节省布线的成本。
数据链路层（LLC，MAC） 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层
● 数据链路层（LLC，MAC）
LLC——逻辑链路控制，与介质无关 MAC——介质访问控制 局域网中使用最广泛的介质访问控制协议是 CSMA(载波监听多路访问)，LonTalk的MAC是 该协议的改进——采用可预测P-坚持CSMA。
第5章 LonWorks智能控制网络
5.1 概述 5.2 神经元芯片 5.3 LonTalk通信协议 5.4 设备编程与开发
5.1 概 述
“要从那些有成本效应的集成系统获 益轻而易举，只需采用LonWorks设 备即可。Echelon是唯一一家制造用 于分布式控制的真正互可操作的模 块的公司” ——美国《财富杂志》
LonTalk®协议
所有LonWorks设备之间的相互通讯 都采用了一种称为LonTalk的底层协 议，它固化在每一个LonWorks设备 的神经元芯片（3120）中或片外存 储器中（3150）。 LonTalk协议已经被ANSI（美国国 家标准协会）正式采纳为标准： EIA/CEA-709.1-A-1999。
● 表示层和应用层
5类服务：
（1）网络变量（NV）服务 ◇表示层 ◇数据项（Neuron C变量）或 数据结构 或 数组，最大长度31字节， 可定义数据类型。 ◇当应用程序中通过赋值操作引起了输出网络变量的变化，神经元 固件将自动在网络上传播其更新值。 （2）显式报文 服务 目的地址+报文服务方式+数据长度+数据 APDU(应用层数据单元) （3）网络管理 服务 （4）网络跟踪 服务 （5）通信 服务
I/O对象
1、位输入
Inputs may be used to sense TTL-level compatible logic signals from external logic, or from contact closures and the like.
2、位输出
Outputs may be used to drive external CMOS-level compatible logic, and switch transistors and relays may be used to actuate higher-current external objects such as stepper motors and lights.
10 MHz 10 MHz 20 MHz
0.5 KB 1 KB 2 KB
1 KB 1 KB 2 KB
10 KB 10 KB 16 KB
32 pin SOP 32 pin SOP 32 pin SOP
No No No
No No No
TMPN3120FE3U
20 MHz
2 KB
2 KB
16 KB
44 pin QFP
LonTalk提供的服务
LonTalk协议的命名机制和寻址方式 （1）神经元芯片命名
48位标识——Neuron ID，终生不变。
（2）寻址
域：一个信道或多个信道 上的节点的逻辑组合。
域1
子网2
域2
子网1
子网：同一域中节点的逻辑集 合。子网中所有节点必须在同 一信道上，且子网不能跨越智 能路由器。 节点
No
No
TMPN3120FE5M
20 MHz
3 KB
4 KB
16 KB
32 pin SOP
Yes
No
TMPN3150B1AF
10 MHz
0.5 KB
2 KB
N/A
64 pin QFP
No
Yes
Part Number
Max Input Clock
EEPROM
External Memory
CY7C53120E2