摘要：LonWorks總線技術(shù)是一種控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它的基本控制單元-神經(jīng)元芯片NERUN芯片，同時(shí)具備了通訊與控制功能，在其中固化了OSI參考模型所定義的全部七層服務(wù)的通訊協(xié)議，具有開(kāi)放性與互操作性的優(yōu)點(diǎn)。本文著重介紹基于神經(jīng)元芯片（Neuron TMPN 3150）的系統(tǒng)擴(kuò)展方法，提出了三種不同的系統(tǒng)擴(kuò)展模型。 關(guān)鍵詞：LonWorks總線，接口，系統(tǒng)擴(kuò)展 　　LonWorks技術(shù)是一種實(shí)用的開(kāi)放系統(tǒng)互連（OSI）模型，是目前唯一能夠提供OSI參考模型所定義的全部七層服務(wù)的通訊協(xié)議，LonWorks技術(shù)所倡導(dǎo)的開(kāi)放性、互操作性設(shè)計(jì)原則，為現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)計(jì)與發(fā)展提供了一個(gè)良好的典范。盡管LonWorks技術(shù)出現(xiàn)只有短短的幾年時(shí)間，它在許多領(lǐng)域的成功應(yīng)用，顯示出它的勃勃生機(jī)。 　　神經(jīng)元芯片是LonWorks總線技術(shù)的核心控制器件，是組成LonWorks系統(tǒng)的基本單元，它除了具備很強(qiáng)的總線通訊與總線控制能力以外，還可以實(shí)現(xiàn)各種的數(shù)據(jù)處理功能，合理地使用神經(jīng)元芯片的內(nèi)部資源，使用神經(jīng)元芯片的強(qiáng)大的外部擴(kuò)展能力，將會(huì)方便地組成一個(gè)簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定、可靠的分布式控制系統(tǒng)，尤其是對(duì)一個(gè)大型的分布式控制系統(tǒng)，采用LonWorks技術(shù)將顯得更為重要。 1. LonWorks技術(shù)特點(diǎn) 　　在當(dāng)今許多控制系統(tǒng)中都采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在這種體系結(jié)構(gòu)中，控制由本地實(shí)現(xiàn)，或在局部的各控制器之間直接進(jìn)行，而不需要主控制器參與完成，各控制器之間沒(méi)有主從關(guān)系，由他們共同協(xié)作，來(lái)組成一個(gè)大的控制系統(tǒng)。在這種結(jié)構(gòu)形式下，系統(tǒng)的可靠性被分散到各個(gè)部件上，不至于使一個(gè)部件的失效導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 　　LonWorks技術(shù)是一種通用的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它大量應(yīng)用于Sensor_Bus、Device Bus及Field Bus中。它支持各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：總線形、星形、環(huán)形，也支持這些結(jié)構(gòu)的混接。LonWorks技術(shù)可以采用各種通訊介質(zhì)，從低檔的雙絞線，到高檔的光纖，從電力線載波，到紅外線、無(wú)線傳輸?shù)鹊?，并可?shí)現(xiàn)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中混合使用。 　　與一般的現(xiàn)場(chǎng)總線相比，LonWorks技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)： 　?。?）. 采用LonTalk通訊協(xié)議，遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義的開(kāi)放系統(tǒng)互連（OSI）模型，是唯一能夠提供了OSI參考模型所定義的全部七層服務(wù)的通訊協(xié)議。 　?。?） 神經(jīng)元芯片可以實(shí)現(xiàn)通訊功能和現(xiàn)場(chǎng)控制功能，在一個(gè)神經(jīng)元芯片內(nèi)部包含了三個(gè)8位CPU，其中兩個(gè)用于實(shí)現(xiàn)LonWorks網(wǎng)絡(luò)的通訊控制，一個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)本地的控制功能。 　?。?）.采用Predictive P-Persistant CSMA （-預(yù)測(cè)時(shí)間槽-載波監(jiān)挺多路訪問(wèn)）方式進(jìn)行總線沖突檢測(cè)，保證在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重時(shí)，不會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。 　?。?）.采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，既采用網(wǎng)絡(luò)變量使網(wǎng)絡(luò)通訊的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化成為對(duì)參數(shù)的設(shè)置，大大地提高了通訊的可靠性。 　?。?）.采用短包結(jié)構(gòu)，提高通訊的抗干擾能力，提高了通訊的實(shí)時(shí)性，采用可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀，每幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度從0-228個(gè)字節(jié)。 　?。?）.有兩種通訊速度：78KBps,1.25MBps 　?。?）. 通訊距離130m-2700m 　?。?）. 同一個(gè)網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到32000個(gè)。 2. 基于神經(jīng)元芯片的分布式控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 　　采用LonWorks技術(shù)的控制系統(tǒng)，是一個(gè)全分布式的控制系統(tǒng)，總線上的每一個(gè)控制單元都是一個(gè)對(duì)等的控制節(jié)點(diǎn);可通過(guò)路由器把LonWorks系統(tǒng)可分為域和子網(wǎng)，一個(gè)子網(wǎng)最多可以有62個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)域最多可以有32000個(gè)節(jié)點(diǎn);一個(gè)節(jié)點(diǎn)也可以同時(shí)分屬兩個(gè)不同的域，可通過(guò)該節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)域之間的數(shù)據(jù)通訊，可用這種方法擴(kuò)展網(wǎng)上的總節(jié)點(diǎn)數(shù)。 　　對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)較少的系統(tǒng)，或者實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)，可采用一級(jí)或兩級(jí)LonWorks控制網(wǎng);對(duì)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)，或者需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)管理工作的系統(tǒng)，可考慮在相鄰接點(diǎn)之間采用LonWorks網(wǎng)，遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)i.Lon1000路由器，實(shí)現(xiàn)LonWorks網(wǎng)與TCP/IP網(wǎng)的無(wú)縫對(duì)接，通過(guò)InterNet實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。 　　因此，有兩種不同的體系結(jié)構(gòu)，（1）LonWorks網(wǎng)總線組成的系統(tǒng)。（2）底層為L(zhǎng)onWorks總線，頂層為InterNet網(wǎng)。 [align=center] [/align] 3. LonWorks控制器芯片的系統(tǒng)擴(kuò)展方法 　　在利用神經(jīng)元芯片設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)復(fù)雜程度，可考慮采用以下三種不同的IO擴(kuò)展方法： 　?。?） 神經(jīng)元芯片通過(guò)11個(gè)I/O引腳擴(kuò)展 　　這種方式是一個(gè)最小的、最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，不需要更多的外部電路，適合用于單各個(gè)節(jié)點(diǎn)控制量不多的控制系統(tǒng)中，它充分利用神經(jīng)元芯片本身的11個(gè)I/O引腳，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展，這11個(gè)引腳的功能非常靈活，可定義為34種不同的輸入/輸出工作方式，例如： 　　可定義為按字節(jié)/半字/位進(jìn)行輸入、輸出方式。 　　也可定義為串行輸入、輸出口使用。 　　它可以定義為韋根碼輸入口，用來(lái)讀寫(xiě)磁卡。 　　也可以調(diào)制輸出的脈沖寬度，用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 　　可定義為計(jì)數(shù)器的輸入口等等。 　　這些靈活多變的使用方式，在工業(yè)控制中帶來(lái)了極大的便利，如果控制參數(shù)不多，可盡量采用這種方式，將會(huì)是控制系統(tǒng)非常簡(jiǎn)潔。 　?。?） 神經(jīng)元芯片通過(guò)I/O地址擴(kuò)展接口 　　如果利用神經(jīng)元芯片本身的11個(gè)I/O引腳不能滿足我們的控制要求，可考慮采用通過(guò)I/O地址擴(kuò)展外部接口的結(jié)構(gòu)形式，神經(jīng)元芯片為我們提供了2K的I/O空間，用他們來(lái)擴(kuò)展我們的I/O接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外部設(shè)備的互連。 　　（3） 神經(jīng)元芯片通過(guò)外圍微處理器（單片機(jī)/DSP）實(shí)現(xiàn) I/O擴(kuò)展 　　在有的應(yīng)用系統(tǒng)中，控制參數(shù)比較復(fù)雜，可以采用前置機(jī)的方式，用一個(gè)單片機(jī)或DSP芯片專門處理復(fù)雜的控制任務(wù)，它們通過(guò)串口或并口與神經(jīng)元芯片交換數(shù)據(jù)，這時(shí)神經(jīng)元芯片主要實(shí)現(xiàn)通訊處理功能，大部分控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算工作全部由前置處理器完成。我們?cè)谘兄浦悄芑^(qū)家庭控制器的過(guò)程中，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能比較復(fù)雜，就采用這種結(jié)構(gòu)形式，以緩解LonWorks控制器芯片的內(nèi)部資源緊張的矛盾，滿足各節(jié)點(diǎn)對(duì)復(fù)雜任務(wù)的要求。 　　這種方式實(shí)際上并不是LonWorks系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷，Echelon公司在開(kāi)發(fā)LonWorks技術(shù)時(shí)，更加強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的分布性，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能盡可能簡(jiǎn)單，由整個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)一個(gè)大系統(tǒng)的工作;但是由于價(jià)格等方面的原因，目前我們還不可能把一個(gè)節(jié)點(diǎn)做的如此簡(jiǎn)單，因此便不得不采用一種折衷的擴(kuò)展方法，以降低每個(gè)節(jié)點(diǎn)的生產(chǎn)成本。 　　在圖3中，TP/FT-10模塊是LonWorks收發(fā)器，Neuron TMPN 3150神經(jīng)元芯片可通過(guò)該收發(fā)器（TP/FT-10）模塊，實(shí)現(xiàn)TTL信號(hào)與LonWorks信號(hào)的轉(zhuǎn)換。 4.軟件實(shí)現(xiàn)方法 　　LonWorks系統(tǒng)支持C語(yǔ)言編程，稱為Neuron-C，是標(biāo)準(zhǔn)C的子集，并擴(kuò)展了一條When語(yǔ)句，作為事件驅(qū)動(dòng)的判斷條件，Neuron-C是一個(gè)多任務(wù)調(diào)度程序，可通過(guò)多條WHEN語(yǔ)句來(lái)描述多個(gè)并行驅(qū)動(dòng)的事件，也可以控制處理這些事件的優(yōu)先級(jí)別;只要了解C的基本編程方法，就可以很快地掌握Neuron-C的軟件編程。 　　在LonWorks系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通訊是在表示層中完成的，在表示層中的數(shù)據(jù)稱作網(wǎng)絡(luò)變量，它可以是單個(gè)數(shù)據(jù)，也可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。用網(wǎng)絡(luò)變量實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊簡(jiǎn)化了分布式應(yīng)用的編程，程序員不需要處理報(bào)文的緩沖區(qū)及收發(fā)節(jié)點(diǎn)的地址，不用選擇報(bào)文處理方式，不用關(guān)心底層細(xì)節(jié)，只要對(duì)網(wǎng)絡(luò)變量重新賦值，該網(wǎng)絡(luò)變量的值將自動(dòng)地發(fā)送到指定的節(jié)點(diǎn)。 　　LonTalk通訊協(xié)議提供四種基本類型的報(bào)文服務(wù)：確認(rèn)（Acknowledge）方式，非確認(rèn)（Unacknowledge）方式，請(qǐng)求、響應(yīng)（Request/Response）方式，非確認(rèn)重復(fù)（Unacknowledge repeated）方式，用這些方式，可以滿足不同安全性要求的應(yīng)用場(chǎng)合。 5.結(jié)束語(yǔ) 　　盡管LonWorks技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng)，由于它在工業(yè)控制中的顯著優(yōu)點(diǎn)，它的發(fā)展異常迅速，目前全球有數(shù)千個(gè)廠家開(kāi)發(fā)或使用這種技術(shù)，行業(yè)遍及自動(dòng)控制、智能樓宇，能源交通等等;近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在這方面的進(jìn)展也十分迅速，例如在智能化樓宇領(lǐng)域，前些年各廠家采用485通訊，現(xiàn)在紛紛采用LonWorks總線，估計(jì)在未來(lái)幾年，LonWorks技術(shù)將會(huì)有更大的發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： 　　1：Neuron　chip TMPN3150 參考手冊(cè) Toshiba company 2000.2 　　2. Open System Design Guide Echelon CO. 1999.11