1現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)第4章LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)主要內(nèi)容?

4.1

LonWorks技術(shù)特點(diǎn)?

4.2

LonTalk協(xié)議?

4.3

LonWorks通信控制處理器——神經(jīng)元芯片?

4.4通信收發(fā)器?

4.1

LonWorks技術(shù)特點(diǎn)LonWorks概況美國(guó)Echelon公司1991年推出的一種現(xiàn)場(chǎng)總線和控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?，F(xiàn)狀：第三代LonWorks技術(shù)充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源。應(yīng)用情況：LonWorks技術(shù)嵌入到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，設(shè)備之間對(duì)等通信，控制網(wǎng)絡(luò)又通過(guò)各種互聯(lián)網(wǎng)的連接設(shè)備，通過(guò)LNS控制網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)建立上層的企業(yè)解決方案。與ERP、CRM等應(yīng)用相結(jié)合。LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)的基本組成基本要素：LonWorks現(xiàn)場(chǎng)控制節(jié)點(diǎn)、通信介質(zhì)、LonTalk通信協(xié)議。按功能劃分組成部分LonWorks節(jié)點(diǎn)。LonWorks路由器。LonWorksInternet連接設(shè)備。LonWorks收發(fā)器。LonTalk協(xié)議。LonWorks網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)工具。LNS網(wǎng)絡(luò)工具。4.1.1

LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)的基本組成4.1.2

LonWorks技術(shù)特點(diǎn)LonTalk通信協(xié)議：LonWorks技術(shù)有支持OSI七層模型的LonTalk通信協(xié)議，LonTalk通信協(xié)議是一種直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這是LON總線最突出的特點(diǎn)。神經(jīng)元芯片：神經(jīng)元芯片是LonWorks技術(shù)的核心，它不僅是LON總線的通信處理器，而且是作為采集和控制的通用處理器，LonWorks技術(shù)中所有關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的操作實(shí)際上都是通過(guò)它來(lái)完成的?；贚NS（LonWorksNetworkOperatingSystem）的軟件工具：LonWorks技術(shù)有多種基于LNS的工具，用于LON網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和組態(tài)。互操作性：為了更好地推廣LonWorks技術(shù)，1994年5月，世界許多大公司，如Motorola、IBM、TOSHIBA、ABB、HP、Honeywell等，組成了一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)協(xié)會(huì)LonMark，用來(lái)負(fù)責(zé)定義、發(fā)布和確認(rèn)產(chǎn)品的互操作性標(biāo)準(zhǔn)。?

4.2

LonTalk協(xié)議特征和優(yōu)點(diǎn)以數(shù)據(jù)包為基礎(chǔ)的對(duì)等的通信協(xié)議。短報(bào)文：幾個(gè)到幾十個(gè)字節(jié)。實(shí)時(shí)性高：帶預(yù)測(cè)的P-堅(jiān)持CSMA算法。通信帶寬不高：幾千到2Mb/s。節(jié)點(diǎn)多是低成本、低維護(hù)費(fèi)用的單片機(jī)。多通信介質(zhì)，支持混合介質(zhì)和不同通信速度的網(wǎng)絡(luò)可靠性高：防范未經(jīng)授權(quán)使用系統(tǒng)等。對(duì)節(jié)點(diǎn)的透明接口。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模任意伸縮。產(chǎn)品互操作性的有效機(jī)制。實(shí)施協(xié)議內(nèi)網(wǎng)絡(luò)管理的解決方案?；就ǖ繱&F中繼器傳輸一個(gè)通道或兩個(gè)通道的所有數(shù)據(jù)網(wǎng)橋連接兩個(gè)通道(x和y)；傳輸在一個(gè)域中的從x到y(tǒng)的所有數(shù)據(jù)子網(wǎng)一系列節(jié)點(diǎn)的集合路由器傳輸從一個(gè)子網(wǎng)到另一個(gè)子網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)傳輸從一個(gè)域到另個(gè)域的數(shù)據(jù)?

術(shù)語(yǔ)解釋—符合通用網(wǎng)絡(luò)教材的術(shù)語(yǔ)基本概念協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）MPDU和LPDU（幀），MAC層和鏈路層（稱為幀）NPDU（packet），網(wǎng)絡(luò)層TPDU（massage/ACK），傳輸層SPDU（request/response），會(huì)話層Session網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議數(shù)據(jù)單元NMPDU、網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)協(xié)議數(shù)據(jù)單元DPDUAPDU，應(yīng)用層LonTalk七層協(xié)議包含網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)工具生成固件，采用網(wǎng)絡(luò)變量直接面向?qū)ο笸ㄐ?，?jié)點(diǎn)間的通信通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量互聯(lián)即可完成。LonTalk與OSI的七層協(xié)議的比較LonTalk網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)及對(duì)大網(wǎng)絡(luò)的支持域(domain)：不同的域中通信是彼此獨(dú)立的。網(wǎng)絡(luò)中的域最多248個(gè)。域ID為0,1,3或6個(gè)字節(jié)。子網(wǎng)(subnet)：每個(gè)域中最多255個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)中最多127個(gè)節(jié)點(diǎn)。智能路由器實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)交換。節(jié)點(diǎn)(node)：一個(gè)節(jié)點(diǎn)可分屬一個(gè)或二個(gè)域，可作為兩個(gè)域之間的網(wǎng)關(guān)。節(jié)點(diǎn)號(hào)是7位。組(group)：一個(gè)域中最多256個(gè)組，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可分屬15個(gè)組，節(jié)點(diǎn)分組不用考慮它的物理位置。分組結(jié)構(gòu)使一個(gè)報(bào)文同時(shí)為多個(gè)節(jié)點(diǎn)所接收；組中需應(yīng)答服務(wù)的節(jié)點(diǎn)最多64個(gè)。組號(hào)是8位。通道(channel)：一個(gè)通道最多有32385個(gè)節(jié)點(diǎn)。域、子網(wǎng)和組都可以跨越幾個(gè)通道。物理層支持多種通信協(xié)議；為適應(yīng)不同的通信介質(zhì)需支持不同的數(shù)據(jù)解碼和編

碼；支持在通信介質(zhì)上的硬件碰撞檢測(cè)?網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)報(bào)文地址結(jié)構(gòu)MAC子層MPDU/LPDU格式①帶預(yù)測(cè)的P堅(jiān)持CSMA網(wǎng)絡(luò)積壓參數(shù)BL是對(duì)當(dāng)前發(fā)送周期中有多少個(gè)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送報(bào)文的估計(jì)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)BL值，當(dāng)偵測(cè)到一個(gè)MPDU或發(fā)送一個(gè)MPDU時(shí)BL加一；同時(shí)每隔一個(gè)固定的報(bào)文周期BL減一。保持BL≥１。隨機(jī)時(shí)間片Beta2節(jié)點(diǎn)根據(jù)BL值等待0～W個(gè)隨機(jī)時(shí)間片后訪問(wèn)介質(zhì)。W=BL*WBase，WBase=16。MAC算法節(jié)點(diǎn)首先在Beta1周期地檢測(cè)通道是否空閑。若空閑隨后產(chǎn)生隨機(jī)等待T，T為０～W個(gè)時(shí)間片。延時(shí)結(jié)束網(wǎng)絡(luò)仍空閑則節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文；否則重復(fù)MAC算法。②帶預(yù)測(cè)的P堅(jiān)持CSMA試驗(yàn)表明，帶預(yù)測(cè)的P堅(jiān)持CSMA在輕負(fù)載時(shí)，發(fā)送速度快；重負(fù)載時(shí)有效避免碰撞，支持大型網(wǎng)絡(luò)。支持多介質(zhì)的通信，支持低速率的網(wǎng)絡(luò)。帶預(yù)測(cè)的P-堅(jiān)持的CSMA示意圖③可選擇的優(yōu)先級(jí)機(jī)制為優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)在P-概率時(shí)間片之前分配優(yōu)先級(jí)時(shí)間片0～127個(gè)。優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)在等待優(yōu)先級(jí)時(shí)間片后將優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送出去。低優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)需要等待較多的優(yōu)先級(jí)時(shí)間片。非優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)必須等待優(yōu)先級(jí)時(shí)間片都完成之后，才能在P-概率時(shí)間片后發(fā)送。優(yōu)先級(jí)帶預(yù)測(cè)的P-堅(jiān)持CSMA示意圖鏈路層提供子網(wǎng)內(nèi)LPDU幀順序的無(wú)響應(yīng)傳輸。CRC檢錯(cuò)：生成多項(xiàng)式X16+X12+X5+1（CCITTCRC-16）網(wǎng)絡(luò)層5種網(wǎng)絡(luò)地址格式、網(wǎng)絡(luò)地址分配、路由器機(jī)制。出錯(cuò)處理、網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證、流量控制等；傳輸層和會(huì)話層：LonTalk協(xié)議的核心傳輸層：無(wú)連接的一對(duì)一、一對(duì)多傳輸。實(shí)現(xiàn)報(bào)文服務(wù)、信息認(rèn)證。會(huì)話層：提供請(qǐng)求－響應(yīng)方式報(bào)文服務(wù)。4種類型的報(bào)文服務(wù)端到端的應(yīng)答服務(wù)(ACKD)請(qǐng)求-響應(yīng)方式(REQUEST)非應(yīng)答重發(fā)方式(UNACKD_RPT)非應(yīng)答方式(UNACKD)表示層和應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)變量服務(wù)：輸出網(wǎng)絡(luò)變量改變時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成APDU下傳；輸入網(wǎng)絡(luò)變量改變時(shí)，激活相應(yīng)處理。顯式報(bào)文服務(wù)網(wǎng)絡(luò)跟蹤服務(wù)：跟蹤網(wǎng)絡(luò)上的所有操作，記錄錯(cuò)誤信息。外來(lái)幀傳輸服務(wù)：LWks網(wǎng)絡(luò)外的其它信息轉(zhuǎn)換成LonTalk報(bào)文。網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)診斷地址分配：域、子網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)號(hào)；組名、組員號(hào)。節(jié)點(diǎn)查詢：查詢狀態(tài)及通信錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)。節(jié)點(diǎn)測(cè)試：發(fā)送測(cè)試命令。設(shè)置路由器配置表。神經(jīng)元芯片的結(jié)構(gòu)框圖?

4.3

LonWorks通信控制處理器

神經(jīng)元芯片主要有：日本TOSHIBA公司、美國(guó)Cypress公司。兩大系列：3150系列；3120系列。神經(jīng)元芯片的主要性能特點(diǎn):(1)所需外部器件較少，高度集成。(2)內(nèi)含3個(gè)8位CPU，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，輸入時(shí)鐘范圍可選：625kHz~10MHz。(3)兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，15個(gè)軟定時(shí)器。(4)網(wǎng)絡(luò)通信端口可設(shè)置為3種工作方式：?jiǎn)味四Ｊ健⒉罘帜Ｊ胶蛯Ｓ媚Ｊ健?5)48位的內(nèi)部神經(jīng)元ID，用于唯一識(shí)別神經(jīng)元芯片。(6)提供服務(wù)引腳，用于遠(yuǎn)程識(shí)別和診斷。(7)在外部存儲(chǔ)器中，可固化LonTalk協(xié)議、事件驅(qū)動(dòng)多任務(wù)調(diào)度程序和I/O驅(qū)動(dòng)程序等固件。(8)有11個(gè)可編程I/O引腳，可設(shè)置為34種預(yù)編程工作方式，其中IO0~IO3帶有20mA高電流接收；IO0~IO7可設(shè)置為低電平檢測(cè)鎖存；IO0~IO10可設(shè)置為TTL標(biāo)準(zhǔn)輸入；IO4~IO7可以通過(guò)編程設(shè)置成帶上拉電阻。MAC處理器：處理LonTalk協(xié)議的第1和2層，它包括驅(qū)動(dòng)通信子系統(tǒng)硬件和執(zhí)行沖突避免算法。網(wǎng)絡(luò)處理器：處理LonTalk協(xié)議的第3到6層，處理網(wǎng)絡(luò)變量、地址、認(rèn)證、后臺(tái)診斷、軟件定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)管理和路由等。應(yīng)用處理器：執(zhí)行用戶程序及其調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。芯片內(nèi)3個(gè)處理器和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的框圖神經(jīng)元芯片的處理單元EEPROM：至少512字節(jié)，存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)配置、地址表、ＮeuronID、可下裝的應(yīng)用程序和非易失數(shù)據(jù)。RAM：用于堆棧、數(shù)據(jù)區(qū)、協(xié)議應(yīng)用緩沖區(qū)和網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)。EPROM（3120系列）：至少10KB，包含一個(gè)操作系統(tǒng)、LonTalk協(xié)議和I/O功能庫(kù)?？煽啃愿撸粷M足擴(kuò)展性要求。存儲(chǔ)器地址空間：最多64KB，外部存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、用戶應(yīng)用代碼、數(shù)據(jù)區(qū)等。內(nèi)部使用16K，外部可尋址52K。在以神經(jīng)元芯片為核心的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，多采用外擴(kuò)EPROM。存儲(chǔ)器11個(gè)可編程I/O口（IO0~IO10）實(shí)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)時(shí)和控制功能。2個(gè)硬件定時(shí)計(jì)數(shù)器。編程語(yǔ)言NeuronC提供I/O定義，將11個(gè)I/O口配置成不同的I/O對(duì)象；通過(guò)函數(shù)io_in（）和io_out對(duì)定義的I/O進(jìn)行輸入輸出操作。34種預(yù)編程設(shè)置：直接I/O對(duì)象并行I/O對(duì)象串行I/O對(duì)象計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器輸入對(duì)象計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器輸出對(duì)象神經(jīng)元芯片定時(shí)計(jì)數(shù)器外部鏈接輸入輸出輸入輸出34種預(yù)編程設(shè)置：神經(jīng)元芯片11個(gè)I/O的34種預(yù)編程設(shè)置

為適合不同的通信介質(zhì)，將5個(gè)通信管腳CP0~CP4配置成3種不同的接口模式。通信端口通信管腳的不同配置單端模式數(shù)據(jù)通信是通過(guò)單端輸入輸出管腳CP0、CP1。差分模式神經(jīng)元芯片支持內(nèi)部的差分驅(qū)動(dòng)。采用差分曼徹斯特編碼。專用模式專用場(chǎng)合需要神經(jīng)元芯片直接提供沒(méi)有編碼和不加同頭的原始報(bào)文。通信端口通信端口-神經(jīng)元芯片的典型收發(fā)器類型神經(jīng)元芯片的典型收發(fā)器類型時(shí)鐘系統(tǒng)一個(gè)分頻器，通過(guò)外部的一個(gè)輸入晶振來(lái)輸入時(shí)鐘。睡眠喚醒機(jī)制ServicePin

節(jié)點(diǎn)配置、安裝和維護(hù)時(shí)使用。Watchdog定時(shí)器3個(gè)Ｗatchdog定時(shí)器：每個(gè)CPU一個(gè)。輸入時(shí)鐘頻率為10MHz時(shí)，定時(shí)器周期為0.84s。ServicePin電路?

4.4通信收發(fā)器雙絞線收發(fā)器：3類，使用最廣泛。電力線收發(fā)器：利用已有的電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。智能收發(fā)器：速率為78Kb/s，支持雙絞線自由拓?fù)浜涂偩€型拓?fù)?，布線非常靈活，使系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便，系統(tǒng)成本降低，同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性。電源線收發(fā)器：采用的是直流供電，所以它可以和變壓器耦合的雙絞線直接互聯(lián)。光纖收發(fā)器：美國(guó)雷神公司產(chǎn)品，通信速率1.25Mb/s，最長(zhǎng)通信距離3.5km。通信端口配置成單端方式。無(wú)線收發(fā)器：典型頻率300MHz、450MHz、900MHz，需要大功率的發(fā)射機(jī)，通信端口配置成單端方式。①直接驅(qū)動(dòng)使用Neuron芯片的通信端口作為收發(fā)器，同時(shí)加入限流電阻和瞬態(tài)抑制器。低成本。最高通信速率1.25Mb/s，最多接入64個(gè)節(jié)點(diǎn)，距離長(zhǎng)度達(dá)30m。通信端口配置成差分方式。②雙絞線收發(fā)器：EIA-485波特率300b/s～1.25Mb/s；通信端口配置成單端方式。典型配置：通信速率39Kb/s，接入32個(gè)節(jié)點(diǎn)，最長(zhǎng)距離660m（2000ft）。4.4.1雙絞線收發(fā)器?雙絞線收發(fā)器：直接驅(qū)動(dòng)神經(jīng)元芯片1神經(jīng)元芯片2直接驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)接口EIA-485接口的典型配置電路③變壓器耦合高性能、高共模隔離、噪聲隔離。種類采用變壓器隔離方式的幾種收發(fā)器FTT-10A自由拓?fù)潆p絞線收發(fā)器

包含一個(gè)隔離變壓器、一個(gè)差分曼徹斯特編碼通信收發(fā)器以及信號(hào)處理器件。支持無(wú)極性、自由拓?fù)浠ヂ?lián)方式?？偩€拓?fù)湟蠊?jié)點(diǎn)和總線的距離不超過(guò)3m。Ｎeuron芯片的通信端口配置成單端模式。電源線收發(fā)器LPT-10通信線和電源線共用一對(duì)雙絞線。所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)48VDC中央電源供電。Ｎeuron芯片的通信端口配置成單端模式。FT3120和FT3150智能收發(fā)器?雙絞線收發(fā)器：變壓器耦合--收發(fā)器FTT-10AFTT-10A和神經(jīng)元芯片互聯(lián)的框圖FT3120和FT3150智能收發(fā)器：結(jié)構(gòu)框圖基于FT3120或FT3150智能收發(fā)器的節(jié)點(diǎn)原理：將通信數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號(hào)或擴(kuò)頻信號(hào)，通過(guò)耦和器耦和到220V或其它交直流電力線上，甚至沒(méi)有電力的雙絞線上。兩類：載波電力線收發(fā)器和擴(kuò)頻電力線收發(fā)器。關(guān)鍵問(wèn)題：電力線間歇性噪聲大；信號(hào)衰減快；信號(hào)畸變；線路阻抗經(jīng)常波動(dòng)。Echelon的先進(jìn)技術(shù)每個(gè)收發(fā)器包含一個(gè)DSP；短報(bào)文糾錯(cuò)技術(shù)；根據(jù)噪聲動(dòng)態(tài)調(diào)整收發(fā)器靈敏度算法；三態(tài)電源放大、過(guò)濾合成器。4.4.2電力線收發(fā)器PLT-22性能最佳，使用最廣泛雙載波頻率：主頻段（125～140KHz）到備用頻段(110～125KHz)自動(dòng)切換。對(duì)外部電源的要求低。電力線收發(fā)器的結(jié)構(gòu)框圖3種電力線收發(fā)器4.4.3智能線收發(fā)器LonWorks收發(fā)器是LonWorks智能設(shè)備中一個(gè)重要組成部分。FT3120和FT3150智能收發(fā)器將神經(jīng)元芯片3120及3150的核心與自由拓?fù)涞氖瞻l(fā)器數(shù)字信號(hào)處理電路合成在一起，生成一個(gè)低成本的智能收發(fā)器芯片。該收發(fā)器符合ANSI/EIA709.3標(biāo)準(zhǔn)，速率為78Kb/s，支持雙絞線自由拓?fù)浜涂偩€型拓?fù)洌蚨诓季€上非常靈活，使系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便，系統(tǒng)成本降低，同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性。該收發(fā)器在性能上有了極大的提高，尤其是在對(duì)電磁場(chǎng)的干擾隔離方面特別明顯，可用在惡劣的環(huán)境中，它能夠防御來(lái)自電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)電源等方面的磁場(chǎng)干擾，并且在一些典型的工業(yè)和交通現(xiàn)場(chǎng)，在出現(xiàn)了強(qiáng)大的共模干擾時(shí)也能可靠地工作。FT3120或FT3150智能收發(fā)器結(jié)構(gòu)框圖4.4.4其它收發(fā)器電源線收發(fā)器：電源線指的是通信線和電源線共用一對(duì)雙絞線。使用電源線的意義在于所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)48VDC中央電源供電，這對(duì)于一些電力資源匱乏的地區(qū)（如，長(zhǎng)距離輸油管線的檢測(cè)，每隔一段距離就設(shè)置一個(gè)電源對(duì)節(jié)點(diǎn)供電，顯然是不經(jīng)濟(jì)的；使用電池也有經(jīng)常替換的問(wèn)題）具有非常重要的意義；另一個(gè)方面，通信線和電源線共用一對(duì)雙絞線，可以節(jié)約一對(duì)雙絞線。光纖收發(fā)器：目前通常使用的LonWorks光纖收發(fā)器是美國(guó)雷神公司開(kāi)發(fā)的一系列LonWorks光纖產(chǎn)品，其中包括光纖和雙絞線的路由器。通信速率是1.25Mb/s，最長(zhǎng)的通信距離是3.5km，采用LonWorks標(biāo)準(zhǔn)的SMX收發(fā)器接口，每一個(gè)收發(fā)器包含兩路獨(dú)立光纖端口，可以方便地實(shí)現(xiàn)光纖環(huán)網(wǎng)，增加系統(tǒng)的可靠性。4.4.4其它收發(fā)器無(wú)線收發(fā)器：由于LonWorks技術(shù)，使得無(wú)線收發(fā)器可以使用的頻率范圍很寬。對(duì)于價(jià)格低廉的無(wú)線收發(fā)器，頻率的典型值是350MHz（Motorola提供這樣的收發(fā)器）。要使用無(wú)線收發(fā)器，還需要一個(gè)大功率的發(fā)射機(jī)，神經(jīng)元芯片的通信口配置成單端模式，速率是4800b/s。小結(jié)LonWorks技術(shù)概述及應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)LonTalk協(xié)議LonWorks通信控制處理器——神經(jīng)元芯片通信收發(fā)器作業(yè)：1.簡(jiǎn)述LonWorks中的通信控制器——神經(jīng)元芯片的結(jié)構(gòu)及功能。2.比較三種類型的雙絞線與神經(jīng)元芯片的接口。主要內(nèi)容?

4.5路由器和網(wǎng)絡(luò)接口?

4.6LNS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?

4.7LonWorks開(kāi)發(fā)工具?

4.8LonWorks地鐵車輛監(jiān)控應(yīng)用實(shí)例?

4.5路由器和網(wǎng)絡(luò)接口同一網(wǎng)絡(luò)中，連接不同的兩個(gè)通信信道。網(wǎng)絡(luò)流量控制。對(duì)網(wǎng)絡(luò)的操作是透明的。網(wǎng)絡(luò)工具能夠自動(dòng)配置路由器。組成：兩個(gè)互聯(lián)的神經(jīng)元芯片、適用于兩個(gè)信道的收發(fā)器。4.5.1路由器路由器連接示意圖路由算法：路由器有4種路由算法：配置型路由器、學(xué)習(xí)型路由器、橋接器或中繼器，這些選項(xiàng)以降低系統(tǒng)性能來(lái)?yè)Q取安裝的方便。4種路由算法符合如下規(guī)則：要轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文必須進(jìn)入路由器的輸入和輸出緩沖隊(duì)列，因此轉(zhuǎn)發(fā)較為頻繁的報(bào)文必須等待空的輸入或輸出緩沖區(qū)。要轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文必須要有有效的CRC校驗(yàn)碼。優(yōu)先級(jí)報(bào)文優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，這里優(yōu)先級(jí)指的是轉(zhuǎn)發(fā)端的優(yōu)先級(jí)，而不是報(bào)文原發(fā)端的優(yōu)先級(jí)。中繼器：中繼器是能轉(zhuǎn)發(fā)經(jīng)過(guò)兩端的所有報(bào)文的路由器。無(wú)論報(bào)文的目標(biāo)地址和域是什么，只要是接收到有效報(bào)文（即帶有效CRC碼的報(bào)文），中繼器都能轉(zhuǎn)發(fā)。橋接器：橋接器能轉(zhuǎn)發(fā)橋接器兩個(gè)域之一的報(bào)文。符合這一規(guī)則的報(bào)文不論其目標(biāo)是什么，橋接器都能轉(zhuǎn)發(fā)，橋接器可以用來(lái)跨越一個(gè)或兩個(gè)域。配置型路由器：配置型路由器只轉(zhuǎn)發(fā)路由器兩個(gè)域之一的報(bào)文。路由器兩端每一端的每一個(gè)域都對(duì)應(yīng)一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表（即每一個(gè)路由器有四張轉(zhuǎn)發(fā)表），每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表實(shí)際上是一組分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)域中的255個(gè)子網(wǎng)和255個(gè)組的轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)志。學(xué)習(xí)型路由器：學(xué)習(xí)型路由器只轉(zhuǎn)發(fā)路由器兩個(gè)域之一的報(bào)文。除子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)表是通過(guò)路由器固件自動(dòng)更新，而不是由網(wǎng)絡(luò)管理工具設(shè)置外，子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)表的使用與配置路由器相同。組轉(zhuǎn)發(fā)表被置為轉(zhuǎn)發(fā)所有帶組目標(biāo)地址的報(bào)文。報(bào)文緩沖區(qū)：當(dāng)路由器接收到報(bào)文時(shí)，就將其放在輸入緩沖器隊(duì)列中。為了確保優(yōu)先級(jí)報(bào)文永遠(yuǎn)不會(huì)排在多于一個(gè)非優(yōu)先級(jí)報(bào)文的后面，隊(duì)列設(shè)置了兩個(gè)報(bào)文緩沖器。當(dāng)優(yōu)先級(jí)報(bào)文被轉(zhuǎn)發(fā)到路由器的發(fā)送端時(shí)，優(yōu)先級(jí)報(bào)文有其自己的優(yōu)先輸出緩沖器隊(duì)列，發(fā)送端優(yōu)先發(fā)送、優(yōu)先輸出緩沖器隊(duì)列中的報(bào)文，這就保證了這些輸出報(bào)文的優(yōu)先處理。緩沖器輸入輸出隊(duì)列流程4.5.2網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口是連接PC機(jī)的一個(gè)特殊的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)能與LonWorks總線上所有分布在現(xiàn)場(chǎng)的智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)等的數(shù)據(jù)通信。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有數(shù)據(jù)送到網(wǎng)上后，網(wǎng)絡(luò)接口要負(fù)責(zé)把所有發(fā)送給它的信息接收下來(lái)，并立即轉(zhuǎn)發(fā)給PC進(jìn)行監(jiān)視和處理；當(dāng)PC有監(jiān)控命令或所設(shè)參數(shù)需要下達(dá)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)接口也應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)功能，及時(shí)準(zhǔn)確地將PC的信息發(fā)送給分布在現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)智能節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，為減輕PC的部分?jǐn)?shù)據(jù)處理任務(wù)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，網(wǎng)絡(luò)接口也應(yīng)提供對(duì)部分通信數(shù)據(jù)的打包、拆包和整理等功能。Echelon公司提供了多種類型的LonWorks網(wǎng)絡(luò)接口卡

U10/U20USB網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備：適用于任何具備USB接口計(jì)算機(jī)。PCLTA-21網(wǎng)絡(luò)接口：適用于任何帶有3.3V或5V32位PCI總線接口以及可兼容操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。

PCC-10PC卡：可用于任何具有II型PC卡插槽及兼容操作系統(tǒng)的筆記本電腦、掌上電腦或嵌入式PC。

i.LON接口：i.LONLonWorks互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備系列包含不同的產(chǎn)品，如i.LON600、i.LON100、i.LON10、i.LONSmartServer等。微處理器接口程序：微處理器接口程序（MIP）是將神經(jīng)元芯片作為其它微處理器的通信協(xié)議處理器的轉(zhuǎn)換固件。ShortStack微服務(wù)器軟件：ShortStack軟件通過(guò)在現(xiàn)有的微控制器內(nèi)部增加極少的附加碼，就可以使得產(chǎn)品制造商在他們的產(chǎn)品中增加新的功能，并保留他們?cè)械拈_(kāi)發(fā)投資。?

4.6

LNS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)LNS（LonWorksNetworkOperatingSystem）是Echelon公司開(kāi)發(fā)的專為L(zhǎng)onWorks網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，它提供給用戶一個(gè)強(qiáng)大的客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，是LonWorks總線的可互操作性的基礎(chǔ)。使用LNS提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可以保證多個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理工具，可以一起執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)安裝、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，而眾多的客戶則可以同時(shí)申請(qǐng)服務(wù)器所提供的網(wǎng)絡(luò)功能。采用LNS技術(shù)可以給網(wǎng)絡(luò)使用者帶來(lái)下列好處：減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和費(fèi)用。簡(jiǎn)化了系統(tǒng)集成。訪問(wèn)數(shù)據(jù)不受限制。4.6.1

LNS編程模式與LNS構(gòu)架目前，LNS支持兩種編程模式，以適應(yīng)更多的應(yīng)用：平臺(tái)獨(dú)立編程模式。LNS構(gòu)架和主機(jī)是無(wú)關(guān)的，它支持任何平臺(tái)的客戶，這些平臺(tái)可以是嵌入式的微處理器、PC機(jī)，還可以是UNIX工作站。主機(jī)可以通過(guò)LNS的API（ApplicationProgrammaticInterface）來(lái)操作LNS。Windows編程模式。在Windows環(huán)境下，LNS提供了基于ActiveX和COM組件方式的開(kāi)發(fā)接口，開(kāi)發(fā)人員可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單、快速的開(kāi)發(fā)。這里L(fēng)NS稱之為組件架構(gòu)（LonWorksComponentArchitecture，LCA）。LNS構(gòu)架：LNS構(gòu)架的4個(gè)主要組件為：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（NSS）：NSS提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，它維護(hù)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，并允許和協(xié)調(diào)多個(gè)客戶節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)服務(wù)器的服務(wù)和數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口（NSI）：LNS的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口包含兩部分：LNS網(wǎng)絡(luò)接口硬件組件和LNS網(wǎng)絡(luò)接口軟件驅(qū)動(dòng)。

LCA對(duì)象服務(wù)：對(duì)象服務(wù)實(shí)際上是在NSS上加了一層外殼，其目的是為了方便Windows下的用戶使用NSS。LCA數(shù)據(jù)服務(wù)：LCA數(shù)據(jù)服務(wù)（LCADataServer）提供一個(gè)高性能的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的引擎，能夠直接提供數(shù)據(jù)服務(wù)，訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)變量和顯式報(bào)文。?

4.7

LonWorks開(kāi)發(fā)工具4.7.1

節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)工具為了使LonWorks總線的使用者快速方便地開(kāi)發(fā)節(jié)點(diǎn)和聯(lián)網(wǎng)，LonWorks技術(shù)中還包含了一系列的開(kāi)發(fā)工具，包括基于節(jié)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)工具NodeBuilder和基于網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)工具LonBuilder，一系列的網(wǎng)絡(luò)管理工具以及LNS技術(shù)。LonBuilder開(kāi)發(fā)工具。LonBuilder開(kāi)發(fā)系統(tǒng)功能齊全，集成了一整套開(kāi)發(fā)LonWorks設(shè)備和系統(tǒng)的工具。這些工具包括：開(kāi)發(fā)多個(gè)設(shè)備、系統(tǒng)應(yīng)用程序的環(huán)境、安裝配置設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理程序、檢查網(wǎng)絡(luò)流量以確定適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)容量和調(diào)試改正錯(cuò)誤的協(xié)議分析儀。NodeBuilder開(kāi)發(fā)工具。NodeBuilder開(kāi)發(fā)工具體積小巧、便于攜帶，和其它產(chǎn)品配合也可以完成完整的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)任務(wù)。NodeBuilder使用Windows開(kāi)發(fā)環(huán)境為用戶提供便于使用的聯(lián)機(jī)幫助。4.7.2網(wǎng)絡(luò)工具網(wǎng)絡(luò)工具軟件用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、安裝、配置、監(jiān)視、監(jiān)督控制、診斷和維護(hù)，主要是以下工具軟件的結(jié)合：網(wǎng)絡(luò)集成工具：提供設(shè)計(jì)、配置、測(cè)試和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的基本功能；網(wǎng)絡(luò)診斷工具：用于觀察、分析和診斷網(wǎng)絡(luò)流通狀態(tài)，并監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況；

HMI開(kāi)發(fā)工具：用來(lái)創(chuàng)建人-機(jī)接口（Human-MachineInterface，HMI）應(yīng)用程序；I/O服務(wù)器：用來(lái)為HMI應(yīng)用程序提供對(duì)LonWorks網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)功能。LNSDDE服務(wù)器：LNSDDE服務(wù)器是一個(gè)很好的軟件包，它允許任何與DDE相兼容的MicrosoftWindows應(yīng)用程序監(jiān)視和控制LonWorks網(wǎng)絡(luò)而無(wú)需編程。用于LNSDDE服務(wù)器的典型的應(yīng)用程序包括人機(jī)界面應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)記錄和趨勢(shì)分析應(yīng)用程序以及圖像處理顯示接口。LonScanner協(xié)議分析軟件：LonScanner協(xié)議分析軟件為L(zhǎng)onWorks產(chǎn)品制造商、系統(tǒng)集成商和最終用戶提供一個(gè)簡(jiǎn)單易用的、基于Windows操作系統(tǒng)的工具，使得用戶可以觀察、分析和診斷所安裝的LonWorks網(wǎng)絡(luò)的行為。這個(gè)工具所提供的先進(jìn)的能力在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析中起到重要的作用，適合控制網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特需求。?

4.8LonWorks地鐵車輛監(jiān)控應(yīng)用實(shí)例本系統(tǒng)采用LonWorks作為地鐵車輛總線，實(shí)現(xiàn)各節(jié)車廂之間的數(shù)據(jù)傳輸。一級(jí)網(wǎng)絡(luò)是整體地鐵總線，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整體車廂的統(tǒng)一控制，二級(jí)網(wǎng)絡(luò)是車廂級(jí)的LonWorks總線及車廂級(jí)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)。每一節(jié)車廂的控制單元為地鐵車輛總線上的一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，通過(guò)EIA-485將分布在各節(jié)車廂的車門控制器、空調(diào)控制器、供電監(jiān)控器的數(shù)據(jù)通過(guò)LonWorks網(wǎng)絡(luò)傳輸給主處理板，各車廂的主處理板通過(guò)LON網(wǎng)關(guān)與車輛總線通信，從而實(shí)現(xiàn)整車的聯(lián)網(wǎng)功能。4.8.1概述LonWorks網(wǎng)絡(luò)地鐵車廂監(jiān)控系統(tǒng)組成列車主控計(jì)算機(jī)：地鐵車輛主控計(jì)算機(jī)采用帶有EIA-485通信接口的薄型觸摸屏工控機(jī)，主控計(jì)算機(jī)是地鐵車輛監(jiān)控系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收各種數(shù)據(jù)指令并自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的操作步驟，顯示并記錄各節(jié)車廂的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障及時(shí)進(jìn)行診斷、顯示并報(bào)警。主控計(jì)算機(jī)的控制軟件使用VisualStudio開(kāi)發(fā)，可以以數(shù)字、指示燈和數(shù)字儀表的形式選擇性地顯示全車車廂和每節(jié)車廂的車廂號(hào)、車門開(kāi)關(guān)情況、車廂溫度和通電照明情況，界面簡(jiǎn)潔直觀、操作方便。地鐵“車廂控制單元”界面代理節(jié)點(diǎn)：代理節(jié)點(diǎn)是聯(lián)接地鐵車輛網(wǎng)和車廂網(wǎng)的橋梁，一般分為車廂網(wǎng)絡(luò)和整車網(wǎng)絡(luò)兩層，有兩個(gè)獨(dú)立的LonWorks通信接口。上行LonWorks通訊接口負(fù)責(zé)列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信，接收并將車輛主機(jī)的信息轉(zhuǎn)發(fā)給下行LonWorks通訊模塊。下行LonWorks通訊接口負(fù)責(zé)車廂級(jí)網(wǎng)絡(luò)通訊，轉(zhuǎn)發(fā)集中控制命令，接收各車廂應(yīng)用節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)膮?shù)、工作狀態(tài)等信息。電源供電和照明控制功能：為了保證供電的可靠性，地鐵車輛的供電系統(tǒng)分為兩路，在正常運(yùn)行的情況下，一路給奇數(shù)號(hào)車廂供電，另一路給偶數(shù)號(hào)車廂供電。一旦某一路發(fā)生故障，供電轉(zhuǎn)換器自動(dòng)轉(zhuǎn)換為正常一路供電，同時(shí)車上的所有負(fù)載會(huì)減半運(yùn)行并報(bào)告故障。故障解決后，供電轉(zhuǎn)換器又會(huì)自動(dòng)切換到正常情況下的供電狀態(tài)。適配器主要由LonWorks控制模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換和EIA-485通信模塊構(gòu)成，其中LonWorks控制模塊用于LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)通信管理，主CPU89C52加上EIA-485通信模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和485的通信。4.8.2

總體框架結(jié)構(gòu)框圖4.8.2

總體框架工作原理：Neuron芯片選用從A操作方式，即在主處