LON和LonWorks技术教学内容
第八章现场总线之 LONWORKS现场总线

基本耦合原理电路
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第八章 LonWorks技术和LON总线
8.3 通信 2、电力线收发器
④耦合电路的设计
隔离耦合电路原理图
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第八章 LonWorks技术和LON总线
8.3 通信 3、其他类型的收发器 4、路由器
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第八章 LonWorks技术和LON总线
8.3 通信 4、路由器 Lon Works路由器可以通过网络管理工具组态为中继器、 网桥、组态路由器以及学习路由器 。 ◆ 中继器 ◆ 网桥 ◆ 组态(配置型)路由器 ◆ 学习路由器
8.2 LON总线分散式通信控制处理器―――神经元芯片 2、存储器
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第八章 LonWorks技术和LON总线
8.2 LON总线分散式通信控制处理器―――神经元芯片 3、输入/输出
多路选择 IO0 IO1 IO2 IO3 IO4 IO5 IO6 IO7 IO8 IO9 IO10
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专用
第八章 LonWorks技术和LON总线
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第八章 LonWorks技术和LON总线
8.5 面向对象的编程语言―――Neuron C 1、概述 Neuron C对标准的ANSI C的扩展包括 (1) 一个内部的多任务调度程序:它允许程序员以自然方式 描述事件驱动的任务,同时控制这些任务优先级的执行。 (2) 将I/O对象直接映射到处理器的I/O能力。 (3) 网络变量对象定义:提供一种简单的,实现节点之间数 据共享的方法。 (4) When语句:引入事件并定义这些事件的临时排序。 (5) 显示报文(explicit message)传递:用于直接对 LonTalk协议的底层进行访问。
8.1.2 LonWorks节点
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第八章 LonWorks技术和LON总线
第四章LON和LonWorks技术

第四章LON和LonWorks技术第一节LonWorks技术概述LON(Local Operating Networks)是由美国埃施朗(Echelon公司)开发的现场总线,并开发了配套的LonWorks技术。
Lonworks技术是一个开放的总线平台技术,该技术给各种控制网络应用提供了端到端的解决方案。
LonWorks主要应用于楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。
另外,在开发智能通信接口、智能传感器方面,LonWorks神经元芯片也具有独特的优势。
LonWorks的四个主要市场第三代LonWorks技术充分利用互联网的基础结构将一个局部的现场控制设备网络变成是一个广域网或局域网的信息技术应用的一部分,提供一个端到端的应用方案。
第三代LonWorks技术应用系统结构第三代LonWorks技术应用系统结构中,LonWorks技术嵌入到现场设备中,使设备与设备之间保持对等的、平坦的通信结构。
同时,这些控制网络又通过各种互联网的连接设备,比如LonWorks/IP路由器、网关、Web服务器以及SOAP/XML接口将控制网络的信息通过互联网接入某个数据中心或运营商主持的企业数据库。
通过LNS控制网络操作系统建立上层的企业解决方案,同时与信息技术应用相结合,比如,与ERP和CRM等应用相结合。
正是应为有了这样的一个基础构架,一些服务供应商便可利用这一平台向最终用户提供各种增值服务。
一、LonWorks 技术特点1.开放性。
网络协议开放,对任何用户平等。
2.通信媒介。
可用任何媒介进行通信,包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等,而且在同一网络中可以有多种通信媒介。
3.互操作性。
LonWorks通信协议LonTalks是符合国际标准化组织(ISO)定义的开放互连(OSI)模型。
任何制造商的产品都可以实现互操作。
4.网络结构可以是主从式、平等式或客户/服务式结构。
Lonworks通信技术详解课件

网络安装只是在系统开始时进行的,而系统维 护 则在系统运行的始终。系统维护主要包括维护和 修理 两方面。
(3) 网络监控
应用设备只能得到本地的网络信息,也即网络 传送给它的数据。
采用LON总线结构的现场网络
5.2.2 LON总线分散式通信控制处理器 —神经元芯片
1. 处理单元
n Neuron C是一种编程语言,它以ANSI C 为基础,专门为神经元芯片而设计,同 时加入通信、事件调度、分布数据对象 和 I/O 功 能 , 是 编 写 神 经 元 芯 片 程 序 的 最为重要的工具。
n Neuron C 支持 ANSI C 的 (typedefs)、枚 举类型(enums)、数组类型 (arrays)、指针 类型(pointers)、结构类型 (structs)和联合 类型(unions)。
n 4 数据传送
LonTalk 文件传送协议只适用于数据文件的通信。 数据文件必须以32字节的报文传送(不包括协议 头),窗口尺寸为6。
n 5 结构参数
应用开发者在安装过程中可以选择设置结构参 数。结构类型的网络变量能用于相对少量的结构 信息,这样做具有网络变量的长处,例如:可以 自我识别、自我记录、外接口文件的支持,并有 发送、接收数据的简化方法。对于大量的结构信 息,配置节点更简单的方法是使用结构参数,结 构参数是用LonTalk文件传送协议装入节点或由 网络管理读/写指令访问存储器得来的,结构参 数的使用能释放网络变量和以神经元芯片作为主 处理器的应用程序所占用的EEPROM。
•差分方式的通讯口配置框图
•四.通信线路和设备
•双绞线收发器
•1.直接驱动
•2.EIA-485
3. 变压器耦合
第3章 LonWorks技术和LON总线

第3章 LonWorks技术和LON总线3.1 概述LON(Local Operating Networks)总线是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络,为集散式监控系统提供了很强的实现手段。
LonWorks技术是美国Echelon公司推出的一个实现控制网络系统的完整的开发平台。
它可以解决在控制网络的设计、构成、安装和维护中出现的大量问题。
目前采用LonWorks技术的产品广泛应用在工业、楼宇、家庭、能源等自动化领域。
LON总线也成为当前最为流行的现场总线之一。
3.1.1 LonWorks技术的特点(1)开放性:网络协议开放,对任何用户平等。
(2)通信媒介:可用任何的媒介进行通信,包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等,而且在同一网络中可以有多种通信媒介。
(3)互操作性: LonWorks技术的通信协议LonTalk是符合国际标准化组织(ISO)定义的开放互连(OSI)模型。
任何制造商的产品都可以实现互操作。
(4)网络结构:可以是主从式、对等式或客户/服务式结构。
(5)网络拓扑:有星形、总线形、环形以及自由形。
(6)网络通信采用面向对象的设计方法。
LonWorks网络技术称之为“网络变量”,它使网络通信的设计简化为参数设置,增加了通信的可靠性。
(7)通信的每帧有效字节数可从0到228个字节。
(8)通信速率可达1.25Mb/s,此时有效距离为130m;78Kb/s的双绞线,直线通信距离可达2700m。
(9)LonWorks网络控制技术在一个测控网络上的节点数可达32 385个。
(10)提供强有力的开发工具平台—LonBuilder与Nodebuilder。
(11)L onWorks技术核心元件—Neuron芯片内部装有3个8位微处理器、34种I/O对象核定时器/计数器,还有LonTalk通信协议。
Neuron芯片具备通信和控制功能。
(12)改善了CSMA,采用可预测P坚持CSMA,这样,在网络负担很重的情况下,不会导致网络瘫痪。
Lonworks技术和LON总线

四、LonTalk七层协议
• LonTalk是ISO组织制定的OSI开放系统互 连参考模型的七层协议的一个子集。它包容了 LON总线的所有网络通信的功能,包含一个功 能强大的网络操作系统,通过所提供的网络开 发工具生成固件,可使通信数据在各种介质中 非常可靠地传输。由于LonTalk协议对OSI的七 层协议的支持,使LON总线能够直接面向对象 通信,具体实现就是采用网络变量这一形式。 网络变量使节点之间的通信实现只是通过网络 变量的互相连接便可完成(表8.10为LonTalk和 OSI的七层协议的比较)。
Lonworks技术和LON总线
LON(Local Operating Networks)总线 是美国Echelon公司1991年推出的局部操 作网络,为集散式监控系统提供了很强的 实现手段。
为支持LON总线,Echelon公司开发了 Lonwbrks技术,它为LON总线设计、成品 化提供了一套完整的开发平台。
• LPDU (Link Protocol Data Unit)链路层协议数 据单元,数据称为帧(Frame)。
• NPDU (Network Protocol Data Unit)网络层协 议数据单元,数据称为报文 (Packet)。
• TPDU (Transport Protocol Data Unit)传输层 协议数据单元,数据称为消息应答(Message /ACK)。
• 其余的空间可作为用户编写的应用代码,以 及应用程序所需要的额外读写数据区、应用 缓冲区和网络缓冲区
3、输入/输出
• 神经元芯片和其他设备的互连是通过它的11 个I/O口----IO0~IO10。可根据不同的需求 进行灵活配置,以便同外围设备进行接口。
第十一讲 LonWorks技术和LON总线

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4.3 LonWorks技术
4.3.1 建立平台 4.3.2 神经元芯片 4.3.3 神经元芯片应用程序 4.3.4 收发器 4.3.5 LonWorks节点 4.3.6 路由器 4.3.7 开发工具 4.3.8 LNS技术
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4.1 LonWorks技术概述(6)
IFSF-国际加油站标准论坛(International Forecourt Standards Forum)(领域:加油站) SEMI-半导体设备与材料学会(Semiconductor Equipment and Materials Incorporated)(领 域:半导体生产设备) 将Internet带入生活 i.LON 1000 Internet服务器能够使公司的计划和数 据系统实时收到内臵于楼宇和工厂中的设备发来的信 息。
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4.2 LonTalk通信协议
4.2.1 协议定义 4.2.2 LonTalk MAC子层 4.2.3 LonTalk 协议寻址 4.2.4 LonTalk 网络变量 4.2.5 LonTalk 协议的报文类型 4.2.6 LonTalk 信道类型 4.2.7 LonTalk 特征和优点 4.2.8 LonTalk 标准
为了有效解决这些问题,开始建立一个完整 平台来设计、建造和安装智能控制设备。
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LonWorks提供除应用以外的一切
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4.3.2 神经元芯片——概述(1)
为了经济、标准化布臵,埃施朗设计了神经元芯片。 对开发者和集成商而言,神经元芯片的优势在于它的 完整性。 内嵌的通信协议和处理器避免了在这些方面的任何开 发和编程。神经元芯片提供了ISO/OSI参考模型的前 6层,只有应用层需要编程和配臵。这使得标准化的 实现和开发、配臵变得更容易。 大部分LonWorks装臵利用神经元芯片的功能,并将 其用作控制处理器。
Lonworks基础知识

选择合适的拓扑结构,如星型、总线型、环型等,以满足网络的可靠性和扩展性要求。
网络设备配置与连接
设备选型
根据应用需求,选择合适的Lonworks设备,如节 点模块、路由器、网关等。
设备配置
对选定的设备进行配置,包括IP地址、设备类型、 通信速率等参数的设置。
设备连接
将设备按照网络规划进行连接,确保节点之间的 通信畅通。
集中控制
将家中的各种设备连接到 Lonworks网络中,实现集中控
制和管理。
远程控制
用户可以通过手机、平板等设 备远程控制家中的设备,随时 随地掌握家居状况。
自动化控制
根据预设的规则和条件,自动 控制家中设备的开关和调节, 提高生活便利性。
节能管理
根据用户的生活习惯和环境因 素,智能调节家中设备的能耗
网络调试与优化
调试工具
使用Lonworks提供的调试工具,如LonManager,对网络进行 调试和测试。
通信测试
测试节点之间的通信是否正常,检查数据传输的准确性和实时性。
网络优化
根据调试结果,对网络进行优化,包括调整设备参数、改善网络 拓扑结构等措施。
05
Lonworks应用案例分析
智能家居系统中的应用
Lonworks技术被国际电工委员会(IEC) 采纳为现场总线国际标准,即 IEC61491。
02
Lonworks网络结构与通信协议
Lonworks网络结构
Lonworks网络由多个智能节点 组成,节点之间通过无线或有线
方式进行通信。
每个节点包含一个Lon芯片,该 芯片集成了Lonworks通信协议
节点软件设计
Lonworks开发环境
使用Lonworks开发环境(如LNS IDE)进行节点软件的设计和开 发。
LonWorks技术和LON总线PPT课件

▪ LONWORKS协议,也称为LonTalk协议和ANSI/EIA 709.1控制联网标准,是LONWORKS系统的核心。协议提 供一系列通信服务,使设备中的应用程序能在网上对其他 设备收发报文而无需知道网络拓扑结构、名称、地址或其 他设备的功能。LONWORKS协议也可以提供端到端的报文 确认、报文鉴别,网络地址和参数的重新配置、应用程序 的下载、报告网络问题以及设备应用程序的起始/停止/复位 等。
▪ 高可靠性、易于实现和互操作性,使得LonWorks 产品应用 非常广泛。为促进LonWorks设备的互操作,Echelon 公司 和一些LonWorks 用户成立了LonMark 互操作协会。我国 也非常重视LonWorks 的引入和应用。
5
LonWorks 的智能控制网络组成
▪ LonWorks 控制网在某些方面相似于被称为局域 网或LAN 的数据网。数据网由各种通信介质及路 由器连接的计算机组成,而LonWorks 控制网通 过通讯介质连接基于微处理器的各种智能节点。 LonWorks 由于是无主结构,其网络拓扑结构突 破了树型、总线型、环型等限制,并且大大拓宽 可以使用的通信媒介。LonWorks 技术可以实现 真正意义上的分布式控制网络。任意分布在现场 的智能节点或处理器之间都可相互通信。
LonWorks技术和LON总线
▪ LonTalk协议 ▪ 网络变量 ▪ 神经元芯片
1
▪ 80 年代后期,美国埃施朗(Echelon)公司开发 出这一平台技术以来,到目前为止,已有约4 千 万基于LonWorks 的设备安装在世界各地。这些 产品广泛地应用在智能楼宇、工业控制、家庭智 能化和交通等领域。
2
▪ LonWorks 是一个开放的标准,它使得原始设备制造 (OEM)厂商生产出更好的产品,系统集成商可以籍此 来创建基于多厂商产品的系统,最终为规范制定人员和业 主提供了选择性的可能。
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第二节 LonTalk协议
一、LonTalk协议简介
LonTalk协议是LON总线的专用协议,是LonWorks技术的核心。它 符合1SO/OSI参考模型的七层体系结构,即含有物理层、链路层、网 络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
LonTalk协议提供一系列通信服务,可使一台设备的应用程序可以在 不了解网络拓扑、名称、地址或其他设备功能的情况下发送和接收网 络上其他设备的报文。还提供端到端的报文确认、报文认证、打包业 务和优先传送服务,支持网络管理服务,允许远程网络管理工具与网 络设备进行交互。
图8-3为带预测的P-坚持CSMA概念示意图。当一个节点信息需要发送 而试图占用通道时,首先在Beta 1周期检测通道有没有通信发送,以 确定网络空闲。若空闲,节点产生一个随机等待T,T为0~W个时间片 Beta 2中的一个,当延时结束时,网络仍为空闲,节点发送报文。
在MAC层中,为提高紧急事件的响应时间,提供了一个可选择的优先 级的机制。如图8-4所示为优先级带预测的P—坚持CSMA概念示意图。
LonMaker是图形化工具,用于图形绘制、系统调试和网络的维修 保养;
节点开发工具NodeBuilder; 节点和网络安装工具LonBilder; 网络管理工具LonManage以及客户/服务器网络构架——LNS技
术。
4、开放性
LonWorks技术提供了开放系统设计平台,使不同公司生产的同类 LonWorks产品可以互操互换。LonWorks产品的互操作标准由
多台目的设备,以及当源设备和目的设备不在同一信道上时,如何确定 报文路由。 传输层:确保可靠的报文传输。
会话层:对较低层数据交换加以控制。
表示层:定义报文数据的编码。
应用层:定义一种低层交换数据的公共语义解释,使不同应用程序中的 网络变量改变时,均能自动将更新的网络变量值下传(发送)或上传(接收)。 应用层还定义了一个文件传输协议,用来传输应用程序间的传输流。
二.LON总线系统的开发
LON总线系统的开发有两种途径:
a. 基于开发工具LonBuilder或NodeBuilder,使用Neuron C语言编程,即针对具体控制系统的要求编写应用代码, 然后经过编译与通信协议代码连接生成总的目标代码, 一起烧录到节点的存储器中;
b. 基于图形方式的软件开发工具Visual Control,通过组态 构成控制系统,自动编译生成总的目标代码,直接下载 到节点的Flash ROM中。对复杂系统,需编制自定义模 块。
LLC与介质无关,MAC则依赖于介质。MAC协议是确定 设备安全地传送数据包,减少冲突的控制算法。它使用 OSI标准接口和链路层的其他部分进行通信,如图8-1所 示。
LonTalk的MAC协议是CSMA(载波信号多路侦听)协议的一种改进: 带预测的P-坚持CSMA (Predictive P-presistent CSMA)。其MPDU 如图8-2所示。
二、LonTalk各层协议及功能
1.物理层
LonTalk协议支持一种或多种不同传输介质构成的网络 传输介质:双绞线(twisted-pair)、电力线(powerline)、无线射频
(radio-frequency)、红外线(infrared)、同轴电缆(coaxial cable)和光纤(fiber),甚至是用户自定义的通信介质。 不同介质的传输距离、传输速率、网络拓扑结构以及所使用的收 发器均不相同,为支持各种传输介质,物理层协议支持多种通信 协议。 收发器是神经元芯片与信道的接口,LonTalk协议支持在通信介质 上的硬件碰撞检测,可自动地将正在发生碰撞的报文取消,重新 再发。
信带宽不高(几kbit/s到2Mbit/s),响应时间快,通信 安全可靠。 ⑤ 网络节点是低成本、低维护的单片机。
2.LonTalk的七层协议
物理层:定义通信信道上位流的传输,它确保源设备发送的位流准确地 被目的设备接收。
数据链路层:定义介质访问方法和单一信道的数据编码。 网络层:定义设备名称和地址,源设备的报文如何选择路由到达一台或
LonTalk协议通过神经元芯片实现,不仅提供介质存取、事务确认和 点对点通信服务;还提供一些如认证、优先级传输、广播/组播消息 等高级服务。
2、神经元芯片
神经元芯片是LonWorks技术的核心,它不仅是LON总线的通信处理 器,而且是具有I/O和控制的通用处理器。神经元芯片已提供了 LonTalk协议的第1-6层,开发者只需用Neuron C语言开发。
2.链路层
(1)MAC子层
介质访问控制(MAC,Media Access Control)层是数 据链路层的一部分。为使数据帧传输独立于所采用的物 理介质和介质访问的控制方法,将数据链路层分为两个 子层:逻辑链路控制(LLC,Logical Link Control)和 介质访问控制(MAC)。
神经元芯片包括3个8位CPU、RAM、ROM、通信接口和I/O接口。 ROM中存储操作系统、LonTalk协议和I/O函数库;RAM用于存储从 网络上下载的配置数据和应用程序。
3、基于LNS(LonWorks Network Operating System)的软件 工具
LonWorks技术有多种基于LNS的工具,用于LON网络的维护和组 态。
采用神经元芯片的网络节点含有LonTalk协议固件,使网络节点可以 可靠地通信。
1.LonTalk协议特点
① 采用分级编制方式,即域、子网和节点地址。 ② 支持多种通信介质,如双绞线、电力线、同轴电缆、无
线电和红外线、光纤传输介质等。 ③ 支持多点通信,互操作性强,网络上任一节点可对其他
节点进行操作,传输控制信息。 ④ s技术
主要内容
第一节 总体概述 第二节 LonTalk协议 第三节 神经元芯片 第四节 Neuron C编程
第一节 总体概述
一、LonWorks技术特点
1、支持OSI七层模型的LonTalk通信协议
LonTalk通信协议支持OSI/RM的所有七层模型,是直接面向对象的 网络协议。