LonWorks现场总线及应用实例
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
05_LonWorks技术与Lon总线
6、LonTalk 传输层和会话层通信协议 传输层是无连接的，提供一对一、一对多的可靠 传输，管理报文的执行顺序和二次检测。 会话层提供请求/响应机制。 7、LonTalk 表示层和应用层通信协议（5类服务） 网络变量的服务 显示报文的服务 网络管理的服务 网络跟踪的服务 外来帧传输服务
专用
可以被CPU写入 的16位装入寄存 器；16位计数器； 可以被CPU读出 的16位锁存器
神经元芯片.输入/输出
采用Neuron C 编程工具实现对 I/O 口设置，通过函数 io_in() io_out()对所定义的 I/O 进行输入/输出操作。
神经元芯片的11个 I/O 口有 34 种预编程设置，可以有效地实 现这11个 I/O 的测量、计时和控制等功能。
第五章
LonWorks技术与Lon总线
主要内容
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 应用实例 技术概要 网络节点 神经元芯片 通信收发器 路由器 LonTalk协议 面向对象编程语言Neuron C
主要内容
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 应用实例 技术概要 网络节点 神经元芯片 通信收发器 路由器 LonTalk协议 面向对象编程语言Neuron C
2、LonTalk 7层协议 前面已经讲过Lonworks包含了ISO/OSI的七层结构， 下图是对LonTalk协议ISO/OSI 7层协议的比较。
LonTalk协议提供的服务
OSI层次 7 6 5 4 3 2 应用层 表示层 会话层 传送层 网络层 链路层 MAC 子层 1 物理层 介质访问 电路连接 标准服务 网络应用 数据表示 远程遥控动作 端对端的可靠传输 传输分组 链路层 帧结构 LON提供的服务 标准网络变量类型 网络变量，外部帧传送 请求/响应，认证，网络管理 应答，非应答，点对点。广播， 认证等 地址，路由 帧结构，数据解码， CRC错误检查 P预测CSMA，碰撞规避 优先级，碰撞检测 介质，电气接口
LONWORKS现场总线运用试验指导
LONWORKS现场总线运用试验指导各组态软件作用：ONLON: 图形化编程VISULLON：网络监控配置PCLTA-10: 驱动程序试验步骤：以neuron芯片完成一减法功能，在PC机上完成监控功能的例子来说明运用lonworks现场总线控制的开发过程。
(一）图形化编程（Onlon）1．创建工程打开onlon 在菜单栏的“工程”项中创建一个新工程，假定名为test1，如图1图1注意：新子目录必须与工程名相同。
点击“创建”即可建立一个新工程。
2．创建节点在菜单栏中“文件”中点击“新建”即可建立一个名为“node1”的节点。
存盘，将文件存到任何你喜爱的位置。
假定存在d: \my document\test1下。
3．将结点加入工程。
在菜单栏中“节点”中点击“添加到”即可将节点加入工程。
4．设置节点在空白处单击右键，出现如下对话框：节点应按如下设置：“目标硬件”中：如图2硬件名：AD80芯片型号：3150时钟频率：10MHZ收发器类型：TP/FT-10“内存表”中：如图3内存类型：FLASHROM Pages: 0NVRAM Pages: 128RAM Pages: 96右边第二、三栏的Begin 分别填0000，8000“固件函数库”中固件：C:\Eic2000\onlon\IMAGES\VER6\Sys3150.sym 函数库：adr120.lib图2图35. 图形化编程：用鼠标左键点取左边的功能块，将其拖至合适的位置，双击功能块，对其进行配置。
以sub1为例：如图4图4功能块类型：unsigned long点“p0,p1,out”分别对减数，被减数，结果进行配置。
对各功能块配置好后，用工具栏中的连线工具将功能块连接起来。
如图5图5点击工具栏中的“编译节点”对节点进行编译。
存盘，退出Onlon.(二)网络监控配置(V isuallon)1、运行V isullon,点击菜单拦中的network 下的attach,建立网络。
Lonworks现场总线在楼宇设备自动化系统中的应用_1
Lonworks现场总线在楼宇设备自动化系统中的应用摘要：本文在分析LonWorks 技术及楼宇自动化系统集成模式基础上，以中央空调系统为例着重讨论了LonWorks 技术在楼宇自动化系统集成中的应用，采用LonWorks现场总线技术能很快捷方便地对智能建筑进行数据采集和控制网络。
关键词智能建筑楼宇自动化系统空调LonWorks技术智能建筑的核心是以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。
当前智能建筑主要由楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自动化系统组成。
其中，楼宇自动化系统是智能建筑中最基本且为最重要的组成部分。
楼宇自动化系统( Building Automation System简称BAS) 是集微电子技术、电力电子技术、计算机技术与自动化控制技术于一身的楼宇控制系统, 是现代高层建筑中一项重要的电气控制系统。
楼宇自动化系统利用各种电气设备及网络将建筑物内部各种设备连接成为一个网络，通过对网络上各种参数的调节、控制，以提供便捷、安全、节能环保等各种环境。
BAS 包括以下几部分: 冷热源系统的监控; 空调新风机组的监控; 通风设备的监控; 给、排水系统的监控; 供配电设备的监控以及电梯系统的监视等。
由于楼宇自动化系统的规模不断扩大，人们对其在先进性、开放性、互操作性等方面的要求也越来越高。
但由于各厂家提供的设备和控制系统的通信协议不同，使得不同厂商的设备之间缺乏互操作性，给控制网络自身及控制网络与信息网络的集成带来了极大的困难。
1 一种开放的控制技术—Lonworks技术LonWorks（Local Operating Network）技术是美国Echelon 公司于20 世纪90 年代初推出的总线技术, 是针对控制对象研制的新型网络。
其通信协议LonTalk 支持ISO/OSI 的全部7 层模型，这是LON 总线最杰出的特点。
LonWorks现场总线
• 网络处理器处于中间位置，通过使用网络 缓冲区和MAC处理器通信，使用应用缓冲 区和应用处理器通信。
LonWorks现场总线
MC143150存储器
• 512B EEPROM 存储网络配置和地址表、 48位神经元ID码、用户应用程序代码及一 般只读数据。
过耦合器耦合到220V或其他交直流电力线上，甚 至是没有电力的双绞线。 • 优势：利用已有的电力线进行数据通信，减少了 繁琐布线。
LonWorks现场总线
• 4、其他介质收发器 • （1）无线收发器 • （2）光纤收发器 • 5、路由器 • 连接两个通信通道之间的LonTalk信息。 • 通道：因物理原因将网络分割成能独立发送报文
LonWorks现场总线
通信协议LonTalk
• 协议数据单元： • MPDU（MAC层协议数据单元） 帧 • LPDU（ 链路层协议数据单元） 帧 • NPDU（ 网络层协议数据单元） 报文 • TPDU（ 传输层协议数据单元） 消息应答 • SPDU（会话层协议数据单元） 请求/响应 • NMPDU（ 网络管理协议数据单元） • DPDU（网络检测协议数据单元） • APDU（ 应用层协议数据单元）
无需转发的一段介质。 • 用途： • －扩展通道的容量 • －连接不同的通信介质或波特率 • －提高LON总线可靠性 • －全面提高网络性能
LonWorks现场总线
• RTR-10模块：适于嵌入原始设备制造商产 品。一个RTR-10路由器加上两个收发器模 块即可组成一个常规路由器。
• 路由算法：4种 • －配置型路由器 智能路由器，根据目标 • －学习型路由器 地址有选择的转发报文 • －桥接器：转发所有符合它的域的报文 • －中继器：发送所有报文
lonworks现场总线在分布式测温系统中的应用
该分布式测温系统选用两级计算机系统， 即由上位机和多 个智能节点组成。系统总体框图如图 " 所示。
经元芯片之间采用并行方式通信， :",; 的工作方式为从 - 方 式。在从 - 方式下， 神经元芯片 :",; 是在主处理器的控制下
图" 系统框图
工作的， 对主处理器来说， 神经元芯片 :",; 是含 / 个数据位和 : 个控制位的并行 5 B 3 设备， 其中 53; C 53> 为双向数据线， 53/ 为 片选 （ 14） ， （ D B E） ， （ #4） 。 14 530 为读 B 写线 53"; 为握手信号线 信号由 -./012" 驱动， 有效表示正在进行数据传输， 脉冲下沿 将数据写入 -./012" 或 :",; 中。 D B E信号在 14有效时控制数 据的读 B 写， 它由 -./012" 控制。#4 信号由 :",; 驱动， 当 #4 为 高电平， 表示 :",; 正在读 B 写数据， 处于忙状态， 当 #4 为低电 平， 表示 :",; 数据已经处理完毕， 可以进行下一次通信了。需 要注意的是， 单片机与神经元芯片之间采用并行方式通信， 要 求它们之间必须同步， 单片机的复位电路应该也能触发神经元 芯片的复位。另外， 工作时单片机需要监视神经元芯片的 #4 位的状态， 以保证数据传送的同步， 但是有可能神经元芯片未 及时设置好 #4 的状态而单片机已开始轮询 #4， 在 #4 引脚加 上一上拉电阻 （"; F!） 可避免单片机读取 #4 的无效状态。 图 , 中的键盘及显示部分可以用来设定报警温度的上下 限和显示传感器的编号和测量的温度值。声光报警部分是当 测量温度超出报警上下限时， 由单片机输出的报警信号。 # 系统的软件设计 与系统的硬件结构相对应， 系统的软件设计也分为两部 分： 智能节点的软件设计和上位机的软件设计。 #!" 智能节点的软件设计 智能节点的软件设计可分为两部分。一部分是对主处理 器单片机 -./012" 的软件设计， 由汇编语言编写； 一部分是对 从处理器神经元芯片 :",; 的软件设计， 由 9*GH$I 1 语言编写。
LonWorks现场总线及其应用
LonWorks现场总线及其应用1.引言20世纪90年代初，美国Echelon公司开发了LonWorks（Local Operating Network 局部操作网络）控制网络技术，它是一个开放的控制网络平台。
是目前控制领域中应用最广的通用控制总线技术之一。
该技术提供一个平坦的、对等式的控制网络架构，给各种控制网络应用提供端到端的解决方案。
如今。
许多知名大公司已向全世界提供各类LonMark技术的产品。
LonWorks技术自1996年进入中国，也取得了迅速发展。
LonWork 技术提供Neuron芯片、LonTalk协议、Lonmark互操作标准、LonWorks收发器和路由器、Lonbuilder和Nodebuilder开发工具、LonQorks网络服务体系LNS和Neuron C编程语言等开发设计平台，为设计和生产具有低成本、智能化得现场智能监控产品，组建造价低廉、智能分布和功能强的现场总线控制网络提供了完整的解决方案。
2.LonWorks现场总线及其技术特点LonWorks的核心是神经元芯片(Neuron Chip)，使用CMOS CLSI技术的神经元芯片使实现低成本的控制网络成为可能。
神经元芯片是高度集成的内部含有3个8位的CPU：第一个CPU为介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的第一层和第二层；Neuron芯片的编程语言为Neuron C，它是从ANSI C 中派生出来的，并对ANSI C进行了删减和增补。
Neuron芯片可以通过5个通信管脚与网络上的其它节点交换信息，也可以通过11个应用管脚与现场的传感器和执行器交换信息。
11个应用管脚具有34种应用操作模式，可以在不同的配置下为外部提供灵活的接口和芯片内部的计时器应用。
第二个CPU 为网络处理器，它实现LonTalk协议的第三层至第六层；第三个CPU为应用处理器，实现LonTalk协议的第七层，执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。
现场总线技术3-3 Lonworks 现场总线技术及其应用 教学课件
网络拓扑结构：可以自由组合，支持总线型、环型、自由 拓扑型等网络拓扑形式。尤其是自由拓扑形式使得网络构 建更为方便灵活。
无中心控制的真正分布式控制模式能独立完成控制和通信 功能。网络上的每个设备都不依赖于其它设备独立地接收、 发送和处理网络信息。
➢ 由于现有的MAC算法，如IEEE802.2、802.3、802.4和802.5不 能满足LonTalk使用多种通信介质、在交通繁重情况下维持性 能、支持大型网络的需要。因此，Echelon公司的LonTalk协 议采用了可预测P坚持CSMA（Predictive P-Persitent CSMA） 算法。
➢ 可靠性最低
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3.3.3 LONTALK协议
冲突避免
➢LonTalk协议采用的是可预测P－坚持CSMA算 法.
➢既便在过载的情况下,仍可达到最大的通信量.
冲突检测
➢一旦收发器检测到冲突,LonTalk协议便能立刻重 发因冲突而破坏的消息包.
➢可以提高媒体的利用率,缩短因冲突而附加到响 应时间的额外值.
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3.3.3 LONTALK协议
1.物理信道
表3-12几类广泛应用的信道特征
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3.3.3 LONTALK协议
2．LonTalk协议的网络地址结构
每结个点域最多有2图553个-33子分网层，编址一示个意子图网最多可以包括127个
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(a) 单一信道多个子网
1 源子网 1 源节点 目标组 1
8
2a 源子网 1 源节点 目标子网 1 目标节点 8
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LonWorks现场总线及应用实例
LonWorks 是美国Echelon 公司推出的现场总线技术，它采用Lon Talk
协议，封装在Neuron 神经元芯片。
Neuron 芯片上集成了3 个CPU，其中一个CPU 作为控制器，可以处理现场I/O，另两个CPU 处理网络通信，因此LonWorks 的最大优势是网络处理能力。
它采用ISO/OSI 模型的全部7 层通信
协议及面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，
其通信速率范围为3kb/s~1. 5Mb/s，直接通信距离可达2. 7 阳。
LonWorks 的物理层可以使用多种介质，如EIA485、双绞线、无线电，红外线，等等。
使用双
绞线时最高传输速率为1. 25M 胁，最大传输距离为1. 2km，一个网中可以有255 个网段，每个双绞线网段可连接64 个节点;1..onWorks 网上的每个控制节
点，称为LON 节点或1..onWorks 智能设备，它包括一块神经元芯片(Neuron)、
收发器、νo 网络通信接口及电源等功能块，LonWorks 网由多个节点组成，
节点通过收发器接入网络总线。
1.LonWorks 特点
LonWorks 是唯一涵盖全部3 个层次(Sensor Bus、Device Bus 和Field Bus)，符合ISO/OSI7 层参考模型的现场总线技术。
在一个多种层次的现场总线产品
并存竞争的现实环境下，LonWorks 兼收并蓄，成为连接过去、包容现在、面
向未来的工业总线技术。
LonWor ks 技术的核心是以固件形式实现7 层通信协议，遵循元中心控
制的真正分散模式;结点应用程序编写简易，开发系统完备;实行开放结构，具
备良好的互操作性;另外，还有网关可方便构成局域网，甚至与Internet 相连，
实现远程预览现场设备数据的应用。
LonWorks 技术在楼宇自控系统中的技术上的优势是显而易见的:
(1)直接互联性。
不同品牌、功能的DDC 组成一个统一控制网络协同工。