Lonworks技术和LON总线
LON和LonWorks技术
LonTalk各层协议及功能
LonWorks的MAC子层有以下的优点：支持多介 质的通信，支持低速率的网络，可以在重负载的情况 下保持网络性能，保证在过载情况下不会因为冲突而 降低吞吐量。 当使用支持硬件冲突检测的传输介质(如双绞线) 时，一旦收发器检测到冲突，LonTalk协议就可以有 选择地取消报文的发送，这使节点可以马上重新发送 并使冲突不再重发，有效地避免了碰撞。
LonTalk的七层协议
(3) 网络层 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。
(4) 传输层 传输层确保可靠的报文传输。报文可以 用应答方式、非应答重发方式、非应答方式三种服务 方式进行数据交换。
(5) 会话层 会话层对较低层数据交换加以控制。它 支持远程操作，使用户可以对远程服务提出请求，并 接收对请示的响应；它还定义了一个认证协议，使报 文接收者确认发送者是否有权发送该报文。
5) 网络节点是低成本、低维护的单片机。
LonTalk的七层协议
LonTalk协议是分层的、基于数据包的对等通信 协议。它符合ISO制订的开放系统互联OSI标准，具有 完备的七层协议，它具有LON总线的所有网络通信功 能，包含一个网络操作系统，通过网络开发工具生成 固件，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总线能够利用网络变量，直接面向对象通信。通 过网络变量的互相连接便可实现节点之间的通信。
LonWorks技术特点
LonBuilder是系统级开发工具，它提供创建、调 试多设备LonWorks应用的所有工具。
LonManager由一系列的软件开发包和接口卡组成， 例如LonManager DDE、LonManager Profile和 LonMaker、LonManager协议分析仪。 4. 开放性
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是什么意思_Lonworks总线核心及特点
Lonworks是什么意思_Lonworks总线核心及特点Lonworks是什么意思？Lonworks（LocalOperaTIngNetwork，局部操作网络）是一个开放的、全分布式监控系统专用网络平台技术，以其独特的特点已成为目前所有现有的现场总线网络功能最为强大，市场效率最高的总线之一，其技术已被我国多部国家规范所采纳。
它使用了具有分布控制与通信联网功能的大规模集成的神经元芯片（neuronchips）构成各个智能监控节点（node），通过网络收发器（TranReceiver）及网络通信媒体将各节点构成全分布式局部操作网络（简称LON网）。
Lonworks技术实际上是一种测控网技术，确切的说是一种工控网技术，也叫现场总线技术。
它可以方便地实现现场传感器、执行器、仪表等的联网。
这种网络不同于局域网，而是一种工控网，因为它传输数据量小的监测信息，状态信息和控制信息。
Lonworks核心Lonworks的核心技术是具有3个8位的CPU神经元芯片（NeuronChip），同时具备通信与控制功能，并且固化了Lontalk协议，以及34种常见的I/O控制对象。
它采用了IOS/OSI模型中完整的七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，Lonworks技术将其称之为网络变量，使网络通信的设计简化成为参数设置。
这样，不但节省了大量的设计工作量，同时增加了通信的可靠性。
Lonworks通信的最高速率为1.25Mbit/s（有效距离为130m），最远通信距离为2700m（双绞线，通信速率为78kbit/s）节点总数可达3200个。
网络的传输媒体可以是双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等，针对不同的通信媒体有不同的收发器和路由器。
Lonworks特点1、智能节点作为现场总线网络控制器；2、多种网络拓扑结构：总线形、星形、环形、自由形；3、多种网络系统结构：主从式、对等式及Client/Server式；。
论述lonworks总线的技术特点
论述lonworks总线的技术特点LonWorks总线是一种用于建筑自动化和工业控制系统的现场总线技术，具有以下技术特点：1. 基于开放标准：LonWorks总线基于开放的标准协议，如ISO/IEC 14908，ANSI/EIA-709.1等。
这些开放标准使得LonWorks总线成为一个通用的、灵活的通信解决方案，可以与各种设备和系统无缝集成。
2. 分布式网络结构：LonWorks总线采用分布式网络结构，通过各种设备之间的通信来实现数据交换和控制。
这种结构使得系统具有良好的可扩展性和灵活性，能够适应不同规模和需求的应用。
3. 多媒体支持：LonWorks总线支持多种传输介质，包括电力线通信、以太网、红外线和无线通信等。
这种多媒体支持使得LonWorks总线能够适应不同环境和应用需求，提供更多的选择和灵活性。
4. 高可靠性和实时性：LonWorks总线采用多主-多从的通信模式，具有高可靠性和实时性。
通过分布式的通信机制和冗余设计，LonWorks总线能够保障数据的稳定传输和系统的稳定运行。
5. 开放的编程接口：LonWorks总线提供了开放的编程接口和工具，使得系统开发更加方便和灵活。
开发人员可以使用多种编程语言和工具，进行快速开发和定制化。
6. 简化安装和维护：LonWorks总线采用插拔式的设备连接方式，简化了系统的安装和维护过程。
同时，LonWorks总线还支持远程诊断和升级功能，方便对系统进行远程监控和管理。
综上所述，LonWorks总线具有开放标准、分布式网络结构、多媒体支持、高可靠性和实时性、开放的编程接口以及简化安装和维护等技术特点。
这些特点使得LonWorks总线成为一个灵活、可靠和易于集成的现场总线技术。
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。
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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
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▪ 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。
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▪ 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。
论述lonworks总线的技术特点
论述lonworks总线的技术特点LonWorks总线是一种开放的、分布式的控制网络技术，它具有以下技术特点：1. 开放的技术标准：LonWorks总线采用了开放的技术标准，使其可以与其他设备和系统进行互操作。
这意味着用户可以使用不同的供应商提供的设备和软件，从而更加灵活地创建自己的控制网络。
2. 分布式控制：LonWorks总线采用分布式控制模式，使得每个连接到总线上的设备具有自主的决策能力。
这意味着控制决策可以在设备级别上进行，而不是集中在一个中心控制器上。
这种分布式的控制方式使得系统更加可靠，同时也减少了中心控制器的负荷。
3. 高度可扩展：LonWorks总线可以支持多个设备连接在一个总线上。
这意味着用户可以根据需要将额外的设备添加到控制系统中，而无需重新布线或更换硬件。
这样的可扩展性使得LonWorks总线非常适用于大型建筑和工业控制系统。
4. 高效的数据传输：LonWorks总线采用了一种称为“Media Access Control”（MAC）的方法来管理数据传输。
MAC提供了一种高效的方式来协调总线上各个设备之间的通信，以确保数据能够快速而可靠地传输。
5. 灵活的拓扑结构：LonWorks总线支持多种拓扑结构，包括星形、环形和线性结构。
这意味着用户可以根据具体的应用需求选择最适合的网络拓扑结构。
6. 强大的诊断与故障排除功能：LonWorks总线提供了一些诊断和故障排除功能，可以帮助用户快速定位和解决问题。
例如，用户可以通过总线上的节点监视和报告系统状态，从而及时发现并排除故障。
总的来说，LonWorks总线具有开放性、分布式控制、可扩展性、高效的数据传输、灵活的拓扑结构和强大的诊断与故障排除功能等技术特点，使其成为一种广泛应用于建筑和工业控制系统的可靠网络技术。
LonWorks现场总线技术
LonWorks 现场总线技术LonWorks 技术组成部分：A.LonWorks 节点和路由器 B.LonTalk 协议 C.LonWorks 收发器 D.LonWorks 网络和节点开发工具1.1 以神经元芯片为核心的控制节点：一个神经元包含一个现场节点的大部分功能块-应用CPU 、I/O 处理单元、通信处理器。
一个神经元芯片加上收发器就构成了一个现场控制节点。
如下图 神经元节点结构图 由于神经元芯片只有8位总线，仅支持最高主频为10MHz ，因此此种控制节点结构所能完成的功能十分有限，对于一些复杂的控制，反应较慢，延时性较大，影响控制效果。
1.2 采用MIP 结构的控制节点：此种控制节点结构将神经元芯片作为通信协议处理器，而通过高级主机来完成复杂的测试和控制功能。
结构图如下： 基于主机结构的节点结构图LonWorks收发器电源Neuron芯片(仅对MC143150)网络介质(双绞线,无线射频等)I/O电路检测控制装置 接口收发器单元主处理器EPROM 双口RAM或并口复位电路Neuron芯片通过路由器的使用，使LON总线不受通信介质、通信距离和速率的限制。
LonWorks技术中，路由器包括以下四种类型：（1）中继器最简单的一种路由器，能转发经过两端的所有报文的路由器。
无论报文的目标地址和域是什么，只要是接收到的有效报文，中继器都能转发。
它要完成的任务是两个信道间简单地传送消息包。
（2）桥接器将要传送的消息包按其域地址在两个信道间向前传送。
（3）学习路由器（属于智能路由器）可以监视网络的通信量并且学习域/子网的网络拓扑关系，即通过学习建立自己的路由表，然后应用它所学的知识在信道间有选择地路由消息包。
（4）配置路由器（也属于智能路由器）借助内部的路由表在信道间有选择地路由消息包。
所不同的是内部路由表是由网络管理器建立的。
神经元芯片是构成LonWorks节点的核心器件，是一种集通信、控制、调度和I/O支持为一体的高级VLSI器件。
LonWorks现场总线
用于对LonWorks节点设备进行调试和故障排除， 提高开发效率。
04
LonWorks应用案例
智能家居系统
智能家居系统是利用LonWorks技术 的典型应用之一。通过LonWorks总 线，各种智能家居设备可以互联互通 ，实现集中控制和远程监控。
智能家居系统可以实现的功能包括： 自动控制家电、远程监控家庭安全、 调节室内环境等，从而提高居住的舒 适度和便利性。
03
LonWorks设备与工具
LonWorks节点设备
智能节点设备
具备数据采集、控制和通 信功能的设备，如传感器、 执行器等。
网关节点设备
用于连接不同总线网络的 设备，实现不同总线协议 之间的转换。
路由器节点设备
用于扩展总线网络的通信 范围，实现多跳通信。
LonWorks网络设备
总线网络
由多个节点设备组成的通信网络， 采用LonWorks技术实现设备间
城市照明系统还可以根据天气、交通等因素自动调节灯光亮 度、开关时间等，提高城市照明的智能化水平。
楼宇自动化系统
01
楼宇自动化系统是利用 LonWorks技术实现楼宇设备的 集中监控和管理的应用。通过 LonWorks总线，可以实现设备
02 的互联互通和智能化控制。
楼宇自动化系统可以提高楼宇的 能源利用效率和管理效率，降低 运营成本，提高楼宇的安全性和 舒适性。
应用编程接口
为了方便设备开发，LonWorks提 供了应用编程接口（API），开发人 员可以通过API进行设备开发。
通信速率与距离
通信速率
LonWorks网络的通信速率可以根据实际需要进行配置，常见的通信速率为 1.25-500kbps。
通信距离
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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。
• 神经元芯片带有两个片内定时／计数器。 • 定义I／O口
芯片内部装有三个微处理器： MAC处理器 1~2层 网络处理器 3~6层 应用处理器 编程和调用
2、存储器
• 512bytes EEPROM
• 2048bytes RAM • 最多64kB存储器地址空间
外部存储器接口能够访问到的是59392bytes 6114字节是作为系统内部映射 • 16384字节的外部存储器用于存储LON的操 作系统
传输一个通道或两个通道的所有数据 • 桥接器(bridge)
连接两个通道(x和y)；传输在一个域中的从x到y、 或从y到x的所有数据 • 子网(subnet) 一系列节点的集合(节点数目＜128) • 路由器(router) 传输从一个子网到另一个子网的数据 • 网关(8ateway) 传输从一个域到另一个域的数据
• SPDU (Session Protocol Data Unit)会话层 协议数据单元，也称为请求／响应 (Request/Response)；
• NMPDU (Network Management protocol Data unit)网络管理协议数据单元。
• DPDU (Diagnostic Protoc01Data Unit)网络 检测协议数据单元。
注意： 当Service Pin没有连接LED和上拉电阻时， Service Pin有一个片内可选(可通过软件设 置)的上拉以保证输入是无效的状态。 P340 图8.11
8、watchdog定时器
• 三个Watchdog定时器(每个CPU一个) 如果应用软件和系统没有定时地刷新这些 Watchdog定时器，整个神经元芯片将自动 复位。 复位周期 睡眠状态被禁止 。
Lonworks使用的开放式通信协议 LonTalk为设备之间交换控制状态信息建立 了一个通用的标准。
• LonTalk协议最大的特点是对OSI的七层协议 的支持，是直接面向对象的网络协议，这是以 往的现场总线所不支持的。具体实现就采用网 络变量这一形式。
• 神经元芯片(neuron chip)是Lonworks技术的 核心，它不仅是LON总线的通信处理器，同时 也可作为采集和控制的通用处理器。 LonWorks技术中所有关于网络的操作实际上 都是通过它来完成的。按照Lonworks标准网 络变量来定义数据结构，也可以解决和不同厂 家产品的互操作性问题。
• 拥有三个处理单元的神经元芯片(Neuron芯片) • 支持多种通信介质 • LonTalk通信协议 • 完整的开发平台 • 提供现成的网络管理工具 • 很容易实现网络的互操作
二、LON总线分散式通信控制处理器 ——神经元芯片
• 神经元芯片是LonWorks技术的核心。 • 神经元芯片主要包含3l50和3120两大系列。 1、处理单元
• LonWorks的MAC子层具有以下的优点： 支持多介质的通信，支持低速率的网络， 可以在重负载的情况下保持网络性能，支 持大型网络。
ShortStack微服务器
2、路由器
• 路由器在Lonworks技术中是一个主要的部 分，它使LON总线突破传统的现场总线的 限制——不受通信介质、通信距离、通信 速率的限制。
3、网络管理
• 在LON总线中，需要一个网络管理工具。A、 当单个节点建成以后，节点之间需要互相 通信，这就需要一个网络工具为网络上的 节点分配逻辑地址，同时也需要将每个节 点的网络变量和显示报文连接起来；
收发器
4、无线收发器 A、很宽的频率范围 B、大功率的发射机
5、光纤收发器
6、路由器
• 路由器是中继器、桥接器、配置型路由器 和学习型路由器的统称。
• 路由器的用途： (1)扩展通道的容量 (2)连接不同的通信介质或波特率 (3)提高LON总线可靠性 (4)全面提高网络性能 Lonworks路由器包含两个可供选择的模块 (1)路由器组件——RTR—10模块 (2)路由算法。
B、一旦网络系统建成正常运行后，还需对 其进行维护；
C、对一个网络系统还需要有上位机能够随 时了解该网络的所有节点网络变量和显示 报文的变化情况。
网络管理的主要功能
1．网络安装 自动安装、工程安装、现场安装
2．网络维护 主要包括维护和修理（检测和替换 ）
3．网络监控 查看网络所有设备的信息
4、LON总线性能特点
LonTalk协议物理层通信协议
• LonTalk协议在物理层协议支持多种通信协 议，即支持不同的数据解码和编码。（例）
• LonTalk支持在通信介质上的硬件碰撞检测。
LonTalk协议的网络地址结构
及对大网络的支持
• 网络地址可以有三层结构：域(Domain)、子网 (SuLnet)和节点(Node)。 第一层结构是域。域的结构可以保证在不同的域中通 信是彼此独立的。
函数io_in()和io_out()
4、通信端口
• 神经元芯片可以支持多种通信介质。 • 为适合不同的通信介质，可以将五个通信
管脚配置三种不同的接口模式，以适合不 同的编码方案和不同的波特率。 A、单端模式 B、差分模式 C、专用模式
5、时钟系统
神经元正常工作频率可以从10MHZ—625kHZ
6、睡眠／唤醒机制
• LonTalk协议的MAC子层是链路层的一部 分，它使用OSI各层协议的标准接口和链路 层的其他部分进行通信，如图 。
链路层数据 指示
链路层数据 请求
链路层
物理层数据 指示
MAC子层
物理层通道活跃
物理层数据 请求
• LonTalk协议使用改进的CSMA介质访问控制 协议称为带预测的P—坚持CSMA (Predictive P—presistent CSMA)，可有效地避免了网络的 频繁碰撞 。
参见书P360图8.27
• BL值的确认： BL值是对当前网络繁忙程度的估计。每一 个节点都有一个BL值，当侦测到一个 MPDU时或发送一个MPDU时BL加1；同时 再每隔一个固定报文周期BL减l。把BL值加 入到MPDU/LPDU的头中。当BL值减到1时， 就不再减，总是保持BL＞=1。
• 优先级时间片(priority slot) 优先级时间片是从0一127
三、通信
LON总线的一个非常重要的特点是它对多通信 介质的支持。由于突破了通信介质的限制，
LON总线可以根据不同的现场环境选择不同的 收发器和介质。
1、双绞线收发器（三类） 直接驱动：
直接驱动是使用神经元芯片的通信端口作为 收发器，同时加入电阻和瞬态抑制器作为电 流限制和ESD保护，直接驱动方式适合网络 上的所有节点在同一个大设备中，使用同一 个电流源。
EIA 485： 使用EIA—485共模电压比直接驱动要好，但 不如变压器耦合，EIA—485共模电压是-7V ~+12V，也可以在共模电压中加入隔离。 变压器耦合： 变压器耦合接口能够满足系统的高性能、高 共模隔离以及同时具有噪声隔离的作用。 FTT—10A收发器
2、电源线收发器
• 电源线，指的是通信线和电源线共用一对 双绞线。使用电源线的意义在于，所有节 点通过一个48VDC中央电源供电 。
四、Lonworks通信协议—LonTalk
• 发送的报文都是很短的数据(通常几个到几 十个字节)；
• 通信带宽不高(几kbps到2Mbps)； • 网络上的节点往往是低成本、低维护的单
片机； • 多节点，多通信介质； • 可靠性高； • 实时性高。
术语解释
• 基本通道 • S&F重复器 (store & forward repeater)
1、Lonworks节点
• 一个典型的现场控制节点主要包含以下几 部分功能块：应用CPU、I／O处理单元、 通信处理器、收发器和电源。
A、以神经元芯片为核心的控制节点
一个神经元芯片几乎包含一个现场节点 的大部分功能块——应用CPU、I／O处理 单元、通信处理器。
B、采用MIP结构的控制节点
神经元芯片仅作为通信协处理器，用高 级主机的资源来完成复杂的测控功能。