现场总线 Lonworks

LonWorks在家庭智能控制网络中的应用摘要：在智能建筑中，家庭智能控制网络作为其最基本的组成部分，直接影响着智能建筑的人性化及智能化程度。RS485、以太网、无线网及LonWorks总线均可用于家庭智能控制网络，但相比之下，基于LonWorks 总线[1]的家庭智能控制网络更具有优势，因此本文主要就LonWorks在家庭智能控制网络中的应用展开了简单的设计。家庭智能控制网络的核心是家庭控制器和接口模块，对于家庭控制器的设计，又分为Lon控制模块和采集模块两个模块，并分别就这两个模块做了简单的介绍和设计，其中Lon控制模块设计的核心芯片是神经元芯片3150和主处理器。最后用拓扑图的形式展现了家庭智能控制网络的总体结构，从而完成了基本设计要求。

关键词：LonWorks总线智能控制网络神经元芯片

LonWorks application in family intelligent control network

Abstract: in intelligent building, family intelligent control network as part of its most basic, directly affects the humanization of the intelligent building and intelligent level. RS485, Ethernet, wireless networks and LonWorks fieldbus intelligent control network can be used in the family, but in contrast, family intelligent control based on LonWorks fieldbus network has more advantages, so this paper mainly LonWorks application in family intelligent control network is a simple design. Family intelligent control network is the core of the controller and the interface module, the design of the controller for the family, is divided into Lon control module and acquisition module two modules, and then the two modules respectively made simple introduction and design, the module design of Lon control core chip is the neuron chip 3150 and the main processor. Finally in the form of a diagram shows the general structure of the family intelligent control network, thus completed the basic design requirements.

Keywords:LonWorks fieldbusintelligent control network neuron chip.

随着网络经济、家电的智能化以及CPU的发展，家庭网络日益受到人们的关注。伴随着智能建筑的逐渐普及，为了追求更加智能化的居住环境，人们对家庭智能控制网络[2]的需求也逐渐增强，同时LonWorks总线的日趋成熟也为家庭智能控制网络的发展提供了极大地契机。LonWorks是由美国Echelon 公司研制，于1990年正式公布的现场总线网络。LonWorks技术的核心是具有3位CPU的神经元芯片（Neuron Chip），同时具备通信与控制功能，并且固化了LonTalk协议，以及34种常见的I/O控制对象。它采用ISO/OSI模型中完整的七层通信协议，采用面向对象的设计方法，LonWorks技术将其称为“网络变量”，使网络通信的设置简化成参数设置。这样，不仅节省了大量的设计工作量，同时增加了通信的可靠性。其最高通信速率为1.25Mbit/s，最远通信距离为2700m，节点总数可达32000个。与RS-485相比，LonWorks技术是一套完整的智能控制网络技术，Echelon公司以及全球OEM厂商提供了基于LonWorks的一系列产品及完整的解决方案。国际LonMark协会制定的可互操作设计规范为不同的厂商产品互操作奠定了基础。而RS-485则是物理电器接口标准，不是实际意义上的网络。基于RS-485的厂商可个自定义自己的通信协议和数据格式，不同厂商的产品不通过网关[3]基本上不能共存在同一网络中。并且经比较RS-485在通讯速率、传输速率、网络结构、网络容量、通信可靠性等方面均略逊色于LonWorks总线。因此本文不同于传统家庭智能控制网络的设计方式，基于LonWorks总线对家庭智能控制网络进行了简单的设计。

1.LonWorks控制网络的组成

基于LonWorks技术的现场控制系统由LonWorks 节点、路由器、LonTalk协议、LonWorks收发器和LonWorks网络管理5个部分构成。

1.1 LonWorks节点

节点被称为智能设备，它物理节点的抽象，应用设备节点、路由器、网络接口卡都是节点。LonWorks 节点可采用一神经元芯片为核心的方式，即神经元芯片加上收发器构成一个现场控制节点。。由于神经元芯片的功能有限，对于节点的设计也可以采用神经元芯片加主处理器的方式，把神经元芯片作为通信协议处理器，用高性能的主处理器完成较为复杂的测控功能。

LonWorks节点的设计根据其难易程度分为两类：单处理器的智能节点和双处理器的智能节点。其中，单处理器的智能节点是以神经元芯片为核心，其结构如图1所示。神经元芯片不仅要实现节点与网络的通信，而且通过其将I/O口直接连接到传感器/执行器上，实现端口数据的实时采集、监视和控制，主要应用于较为简单的节点，如自动抄表、安防报警的等。而双处理器的智能节点是将神经元芯片作为通信协处理器，而复杂的测控功能则有更高级的主处理器来完成，其结构图如图2所示，主要用于功能较为复杂的节点，如键盘及显示控制节点、电话及语音控制节点等。

图1 单处理器的智能节点结构图

图2 双处理器的智能节点结构图

1.2 路由器

路由器是LonWorks技术的一个主要组成部分，用来连接不同通信介质的LonWorks网络。路由器通常有两个互联的神经元芯片，每个神经元芯片配有一个适用于本侧信道的收发器，路由器就连接在这两个信道上。路由器对网络的逻辑操作是完全透明的，但他们并不一定传输所有的包，智能路由器能够阻止没有远地地址的包穿越路由器。LonWorks支持的路由器有四种，即中继器、网桥、学习路由器和配置路由器，后两者属于智能路由器。Lonworks 还支持名为LonWorks/IP的路由器，利用该路由器，LonWorks系统可以通过广域网（如Internet）大幅度地扩展其工作范围。路由器除连接不同媒介的LonWorks网络外，还能控制网络交通，增加信息通量和网络速度。

1.3 LonTalk协议

LonWorks称为LonTalk协议[4]和ANSI／

EIA709．1控制网络标准，是Lonworks系统的灵魂，它固化于神经元芯片中，是直接面向对象的网络协议。该协议提供一系列通信服务，使得一个设备的应用程序可以在不了解网络拓扑、名称、地址或其它设备功能的情况下发送和接收网络上其它设备的报文。

LonTalk协议能提供端到报文确认，报文认证、打包业务和优先传送服务，提供网络管理服务的支持，并允许远程网络管理工具与网络设备进行交互。

LonTalk协议是一个分层的、基于数据包的对等通信协议，是一个公认的标准并遵循OSI模型分层规则。为了确保满足控制网络的可靠和鲁棒的通信标准，LonTalk协议为控制应用提供了一个高可靠、高性能、高抗干扰性强的通信机制。其各层的功能