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，具有開放性與互操作性的優(yōu)點。本文著重介紹基于神經(jīng)元芯片（Neuron TMPN 3150）的系統(tǒng)擴展方法，提出了三種不同的系統(tǒng)擴展模型。 關(guān)鍵詞：LonWorks總線，接口，系統(tǒng)擴展 　　LonWorks技術(shù)是一種實用的開放系統(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)所倡導的開放性、互操作性設(shè)計原則，為現(xiàn)場總線的設(shè)計與發(fā)展提供了一個良好的典范。盡管LonWorks技術(shù)出現(xiàn)只有短短的幾年時間，它在許多領(lǐng)域的成功應(yīng)用，顯示出它的勃勃生機。 　　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，它除了具備很強的總線通訊與總線控制能力以外，還可以實現(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)元芯片的強大的外部擴展能力，將會方便地組成一個簡潔、穩(wěn)定、可靠的分布式控制系統(tǒng)，尤其是對一個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 　　在當今許多控制系統(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，控制由本地實現(xiàn)，或在局部的各控制器之間直接進行，而不需要主控制器參與完成，各控制器之間沒有主從關(guān)系，由他們共同協(xié)作，來組成一個大的控制系統(tǒng)。在這種結(jié)構(gòu)形式下，系統(tǒng)的可靠性被分散到各個部件上，不至于使一個部件的失效導致整個系統(tǒng)癱瘓，提高了整個系統(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。它支持各種拓撲結(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、無線傳輸?shù)鹊?，并可實現(xiàn)在同一個網(wǎng)絡(luò)中混合使用。 　　與一般的現(xiàn)場總線相比，LonWorks技術(shù)具有許多優(yōu)點： 　?。?）. 采用LonTalk通訊協(xié)議，遵循國際標準化組織（ISO）定義的開放系統(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)元芯片可以實現(xiàn)通訊功能和現(xiàn)場控制功能，在一個神經(jīng)元芯片內(nèi)部包含了三個8位CPU，其中兩個用于實現(xiàn)LonWorks網(wǎng)絡(luò)的通訊控制，一個用來實現(xiàn)本地的控制功能。 　?。?）.采用Predictive P-Persistant CSMA （-預測時間槽-載波監(jiān)挺多路訪問）方式進行總線沖突檢測，保證在網(wǎng)絡(luò)負載很重時，不會帶來網(wǎng)絡(luò)癱瘓。 　?。?）.采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法實現(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)計簡化成為對參數(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，提高了通訊的實時性，采用可變長數(shù)據(jù)幀，每幀數(shù)據(jù)長度從0-228個字節(jié)。 　?。?）.有兩種通訊速度：78KBps,1.25MBps 　?。?）. 通訊距離130m-2700m 　　（8）. 同一個網(wǎng)上的節(jié)點數(shù)可以達到32000個。 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)，是一個全分布式的控制系統(tǒng)，總線上的每一個控制單元都是一個對等的控制節(jié)點;可通過路由器把LonWorks系統(tǒng)可分為域和子網(wǎng)，一個子網(wǎng)最多可以有62個節(jié)點，一個域最多可以有32000個節(jié)點;一個節(jié)點也可以同時分屬兩個不同的域，可通過該節(jié)點實現(xiàn)兩個域之間的數(shù)據(jù)通訊，可用這種方法擴展網(wǎng)上的總節(jié)點數(shù)。 　　對于一個節(jié)點數(shù)較少的系統(tǒng)，或者實時性要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)，可采用一級或兩級LonWorks控制網(wǎng);對需要進行遠程監(jiān)控的系統(tǒng)，或者需要進行大量數(shù)據(jù)管理工作的系統(tǒng)，可考慮在相鄰接點之間采用LonWorks網(wǎng)，遠程節(jié)點之間通過i.Lon1000路由器，實現(xiàn)LonWorks網(wǎng)與TCP/IP網(wǎng)的無縫對接，通過InterNet實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程監(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LonWorks總線，頂層為InterNet網(wǎng)。 [align=center] [/align] 3. LonWorks控制器芯片的系統(tǒng)擴展方法 　　在利用神經(jīng)元芯片設(shè)計一個控制系統(tǒng)時，根據(jù)我們所設(shè)計的系統(tǒng)復雜程度，可考慮采用以下三種不同的IO擴展方法： 　?。?） 神經(jīng)元芯片通過11個I/O引腳擴展 　　這種方式是一個最小的、最簡單的系統(tǒng)，不需要更多的外部電路，適合用于單各個節(jié)點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I/O引腳，實現(xiàn)對系統(tǒng)的擴展，這11個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，用來讀寫磁卡。 　　也可以調(diào)制輸出的脈沖寬度，用于驅(qū)動步進電機。 　　可定義為計數(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，將會是控制系統(tǒng)非常簡潔。 　?。?） 神經(jīng)元芯片通過I/O地址擴展接口 　　如果利用神經(jīng)元芯片本身的11個I/O引腳不能滿足我們的控制要求，可考慮采用通過I/O地址擴展外部接口的結(jié)構(gòu)形式，神經(jīng)元芯片為我們提供了2K的I/O空間，用他們來擴展我們的I/O接口，實現(xiàn)系統(tǒng)與外部設(shè)備的互連。 　?。?） 神經(jīng)元芯片通過外圍微處理器（單片機/DSP）實現(xiàn) I/O擴展 　　在有的應(yīng)用系統(tǒng)中，控制參數(shù)比較復雜，可以采用前置機的方式，用一個單片機或DSP芯片專門處理復雜的控制任務(wù)，它們通過串口或并口與神經(jīng)元芯片交換數(shù)據(jù)，這時神經(jīng)元芯片主要實現(xiàn)通訊處理功能，大部分控制、數(shù)據(jù)運算工作全部由前置處理器完成。我們在研制智能化小區(qū)家庭控制器的過程中，由于每個節(jié)點的功能比較復雜，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)點對復雜任務(wù)的要求。 　　這種方式實際上并不是LonWorks系統(tǒng)的設(shè)計初衷，Echelon公司在開發(fā)LonWorks技術(shù)時，更加強調(diào)系統(tǒng)的分布性，使每個節(jié)點的功能盡可能簡單，由整個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)一個大系統(tǒng)的工作;但是由于價格等方面的原因，目前我們還不可能把一個節(jié)點做的如此簡單，因此便不得不采用一種折衷的擴展方法，以降低每個節(jié)點的生產(chǎn)成本。 　　在圖3中，TP/FT-10模塊是LonWorks收發(fā)器，Neuron TMPN 3150神經(jīng)元芯片可通過該收發(fā)器（TP/FT-10）模塊，實現(xiàn)TTL信號與LonWorks信號的轉(zhuǎn)換。 4.軟件實現(xiàn)方法 　　LonWorks系統(tǒng)支持C語言編程，稱為Neuron-C，是標準C的子集，并擴展了一條When語句，作為事件驅(qū)動的判斷條件，Neuron-C是一個多任務(wù)調(diào)度程序，可通過多條WHEN語句來描述多個并行驅(qū)動的事件，也可以控制處理這些事件的優(yōu)先級別;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，它可以是單個數(shù)據(jù)，也可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。用網(wǎng)絡(luò)變量實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊簡化了分布式應(yīng)用的編程，程序員不需要處理報文的緩沖區(qū)及收發(fā)節(jié)點的地址，不用選擇報文處理方式，不用關(guān)心底層細節(jié)，只要對網(wǎng)絡(luò)變量重新賦值，該網(wǎng)絡(luò)變量的值將自動地發(fā)送到指定的節(jié)點。 　　LonTalk通訊協(xié)議提供四種基本類型的報文服務(wù)：確認（Acknowledge）方式，非確認（Unacknowledge）方式，請求、響應(yīng)（Request/Response）方式，非確認重復（Unacknowledge repeated）方式，用這些方式，可以滿足不同安全性要求的應(yīng)用場合。 5.結(jié)束語 　　盡管LonWorks技術(shù)出現(xiàn)的時間不長，由于它在工業(yè)控制中的顯著優(yōu)點，它的發(fā)展異常迅速，目前全球有數(shù)千個廠家開發(fā)或使用這種技術(shù)，行業(yè)遍及自動控制、智能樓宇，能源交通等等;近年來，國內(nèi)在這方面的進展也十分迅速，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，估計在未來幾年，LonWorks技術(shù)將會有更大的發(fā)展。 參考文獻： 　　1：Neuron　chip TMPN3150 參考手冊 Toshiba company 2000.2 　　2. Open System Design Guide Echelon CO. 1999.11