摘要：LON控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心是Neuron神經(jīng)元芯片，同時(shí)具備通訊與控制功能。如何有效利用Neuron神經(jīng)元芯片實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)控制功能的擴(kuò)展，構(gòu)建更強(qiáng)大的控制網(wǎng)絡(luò)極為重要。
關(guān)鍵詞：LonWorks，Neuron芯片，功能擴(kuò)展，Neuron C
一、概述
LonWorks技術(shù)是一種開放系統(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(dǎo)的開放性、互操縱性設(shè)計(jì)原則，為現(xiàn)場總線的設(shè)計(jì)與發(fā)展提供了一個(gè)良好的典范。
Neuron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)簡潔、穩(wěn)定、可靠的分布式控制系統(tǒng)，尤其是對一個(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。
二、LonWorks技術(shù)特點(diǎn)介紹
在很多控制系統(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，各控制器之間沒有主從關(guān)系，由他們共同協(xié)作，來組成一個(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，不會(huì)因一個(gè)節(jié)點(diǎn)的失效導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，從而提高了整個(gè)控制系統(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)形及自由拓?fù)洹?FONT face=Verdana>LonWorks技術(shù)可以采用各種通訊介質(zhì)，包括雙絞線、光纖、電力線載波、紅外線、無線傳輸?shù)鹊龋⒖蓪?shí)現(xiàn)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中混合使用。
與一般的現(xiàn)場總線相比，LonWorks技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用LonTalk通訊協(xié)議，遵循國際標(biāo)準(zhǔn)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；
（2） 神經(jīng)元芯片可以實(shí)現(xiàn)通訊功能和現(xiàn)場控制功能，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)用來實(shí)現(xiàn)本地的控制功能；
（3）采用Predictive P-Persistant CSMA （猜測時(shí)間槽-載波監(jiān)聽多路訪問）方式進(jìn)行總線沖突檢測，保證在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重時(shí)，不會(huì)帶來網(wǎng)絡(luò)癱瘓；
（4）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)簡化成為對參數(shù)的設(shè)置，大大地進(jìn)步了通訊的可靠性；
（5）采用短包結(jié)構(gòu)，進(jìn)步通訊的抗干擾能力，進(jìn)步了通訊的實(shí)時(shí)性，采用可變長數(shù)據(jù)幀，每幀數(shù)據(jù)長度從0-228個(gè)字節(jié)；
（6）有兩種通訊速度：78KBps,1.25MBps；
（7）78KBps/s雙絞線通訊距離達(dá)2700m；1.25MBps/s雙絞線通訊距離達(dá)130m；
（8）同一個(gè)網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到32000個(gè)。
三、 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)對等的控制節(jié)點(diǎn);可通過路由器把LonWorks系統(tǒng)可分為域和子網(wǎng)，一個(gè)子網(wǎng)最多可以有64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)治理工作的系統(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i.Lon1000路由器、i.Lon SmartServer智能服務(wù)器（亦稱LonWorks網(wǎng)絡(luò)控制器），實(shí)現(xiàn)LonWorks網(wǎng)與TCP/IP網(wǎng)的無縫對接，通過InterNet實(shí)現(xiàn)對系統(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LonWorks總線，頂層為InterNet網(wǎng)。
四、Neuron神經(jīng)元芯片的功能擴(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：
（1） 神經(jīng)元芯片通過11個(gè)I/O引腳擴(kuò)展
這種方式是一個(gè)最小的、最簡單的系統(tǒng)，不需要更多的外部電路，適用于單個(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，用來讀寫磁卡。
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，在產(chǎn)業(yè)控制中帶來了極大的便利，假如控制參數(shù)不多，可盡量采用這種方式，將會(huì)是控制系統(tǒng)非常簡潔。
（2） 神經(jīng)元芯片通過I/O地址擴(kuò)展接口
假如利用神經(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。我們在研制智能化小區(qū)家庭控制器的過程中，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公司在開發(fā)LonWorks技術(shù)時(shí)，更加夸大系統(tǒng)的分布性，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能盡可能簡單，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。
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(shí)現(xiàn)TTL信號(hào)與LonWorks信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
五、軟件支持
LonWorks系統(tǒng)支持C語言編程，稱為Neuron-C，是標(biāo)準(zhǔn)C的子集，并擴(kuò)展了一條When語句，作為事件驅(qū)動(dòng)的判定條件，Neuron-C是一個(gè)多任務(wù)調(diào)度程序，可通過多條WHEN語句來描述多個(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，就可以很快地把握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)用場合。
