Lonworks技术原理与应用(第一章)
第1章(120)教材配套课件
第1章 SolidWorks基本概念
选择上述按钮可以立即在图形区域中观察到显示方式的 变化。使用者只要在某个按钮上点击一下, 即可看到显示效 果的变化。其中剖视显示需要选择一个与模型相交的平面。 如选择上视基准面或右视基准面, 可将模型按照剖视的方式 显示。模型显示虽然只有一半, 实际模型仍然是一个整体。 此显示方式只是为了方便观察形体的内部结构。再次点击剖 视显示按钮,可关闭剖视显示方式,恢复显示完整的模型。斑 马条纹和曲率用于观察模型表面是否光滑连续等。realview 图形可显示出逼真的材质。必须要有符合要求的显示卡,才 能显示出realview图形。建议初学者利用图1-4所示的模型， 验证一下各个按钮的作用，这对以后的熟练操作有较好帮助。
第1章 SolidWorks基本概念 1.2.4 SolidWorks命令输入 同大多数Windows软件的使用方法一样，在SolidWorks 中，利用工具栏和下拉菜单的方法输入命令。点击工具栏中 的某个按钮或下拉菜单中的选项，即可输入相应的命令。在 命令执行过程，需要根据屏幕上左下角提示区中的提示或当 时显示在属性管理器中的选项，给出相应操作，完成命令的 执行过程。
第1章 SolidWorks基本概念
第1章 SolidWorks基本概念
1.1 SolidWorks基本概念 1.2 SolidWorks的基本操作 1.3 统一数据库的作用 1.4 SolidWorks选项练习题 练习题
第1章 SolidWorks基本概念
1.1 SolidWorks基本概念
SolidWorks是一个在Windows操作系统下开发的CAD 软件，与Windows系统完全兼容，任何一个学习过Windows 使用方法，又有一定机械设计或机械制图经验的人，都可以 非常轻松地学习掌握SolidWorks的使用方法。
基于LonWorks技术的网络化红外探测器的研制及应用(1)
第 26卷 第 2期 2009年 6月广东工业大学学报Journal of Guangdong U niversity of TechnologyV o.l 26 N o. 2 June 2009基于 LonW orks 技术的网络化红外探测器的研制及应用徐月华( 广东机电职业技术学院 高职研究所, 广东 广州 510515)摘要: 借助楼宇中成熟的 Lonw orks 技术, 将 N euron 芯片植 入红外探 测器中, 研 制出 LonW o rks 节点模块, 开 发出具 有信息处理和自检测等 功能的网络化智能红 外探 测器, 组成 了网 络化教 室用 电监 控系统, 实 现智 能化、网络 化控 管, 达到了节约能源、科学用电的 目的. 给出了网络化红外 探测器 的结构 框图和 硬、软 件设计 以及网 络化教 室用电 监控系统组成.关键词: L onW orks 技术; 网络化传感 器; 红外探测器中图分类号: TP212. 11 文献标识码: A 文章编号: 1007-7162( 2009) 02-0079-04红外探测器的一个重要指标是探测器的误报或 漏报率. 普通的红外探测器采用触点输出, 当区域内 有移动红外物体时探测器触点闭合或打开, 立即发 出报警信号, 容易出现误报或漏报的现象. 同时, 在 大空间多个红外探测器联合探测时, 布线施工困难, 监测范围、信息受到限制.采用具有网络接口的红外探测器可根据环境的 变化, 动态调整有关控制参数, 有效减少探测器的误 报或漏报现象. 同时由于网络化红外探测器借助以 太网和现场总线技术, 改变传统传感器、控制器、执 行器之间复杂的现场联接方式, 提高测控系统的智 能化程度, 而大大突破传统红外探测器的使用局限, 图 1 网络化红外探测器结构框图1. 2 探测器电路板的研制图 2是热释红外探测器电路图. 此探测器电路 板包括被动红外探测器、低频信号放大电路、信号处 理与保持电路、信号输出等电路. 扩展红外探测器的功能.1. 2. 1 被动红外探测器1 网络化红外探测器硬件设计Lonworks 技术是智能楼宇中的主流技术, 通过 提供 N euron 芯片、LonTalk 协议、LonM ark 互操作标 准、Lonw orks 收发器、LonBuilder 开发工具、Lonwo rks 网络服务体系架构 LNS 和 N euronC 编程语言等完整 被动红外探测器根据物体温度不同释放的红外 波波长不同来工 作, 将 一定波长 (本 产品为 8 ~ 12 um 之间的 )红外信号变化转变为电信号, 即在被动 红外探测器的探测区内, 当无人体移动时, 热释电红 外感应器感应到的只是背景温度, 当人体进人探测 区, 热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景 平台, 为研制各类控制产品, 组建现场总线控制温度的差异信号, 此差异温度, 经后续电路检测处理 网络提供了极大的便利. 1. 1 网络化红外探测器结构框图如图 1所示, 网络化探测器由探测器电路、Neu- ron 芯片、输入输出接口、存储器复位电路、时钟电路 等组成. 为了方便调试与推广, 分别制作成 LON 控 制板和探测器电路板, 分别实现信号采集和网络化 后便可产生报警信号. 1. 2. 2 低频信号放大部分传感器 PIR1检测到红外信号后, 将信号通过电 阻 R1后送到反相比例放大器 LM 358_A 中进行信号 放大. 信号放大后输出分为两路, 一路送至信号处理 电路, 一路送至比较器 LM 339中, 方便测试.接口等功能.收稿日期: 2009-02- 16基金项目: 广东省科技计划项目 ( 2004B10101036)作者简介: ( 1965-), 女, 高级工程师, 主要研究方向为智能控制.80广 东 工 业 大 学 学 报第 26卷图 2 热释红 外探测器电路图1. 2. 3 信号处理与保持电路经过一次放大后的信号经过 R18送到 LM 358_ B. LM 358及其外围电路构成延时放大电路, 放大交 流信号有温度补偿功能. 放大后信号由 LM 358的 7 脚输出到一个比较器 LM 339 中, 以进行比较 判断. 最后由 LM 339的 2脚经 R7输出. 保持电路由 R7后 面的两个 LM 339运放 (接成比较器 )和一个二极管 组成.1. 2. 4 输出电路输 出 电 路 主 要 由 继 电 器 组 成. 保 持 电 路 中 LM 339的 13、14脚输出控制继电器的闭合和断开, 最后的信 号由 R15 /R20 ( 电路 制作时 只用 一个 电 阻, 用于选择常闭或者常开 )输出. 其中 C18可以起 到防止误触发的作用, D2用以保护继电路. 1. 3 LonW orks 控制板设计LonW orks 控制板由 Neuron 控制芯片、通信收发 器、存储器、时钟振荡器、I/O 接口等组成, 其核心为 神经元控制芯片, 如图 3所示.图 3 LonW o rks 控制板电 路图第 2期徐月华, 等: 基于 L onW orks 技术的网络化红外探测器的研制及应用811. 3. 1 神经元控制芯片N euron 芯片 (选用 MC143150)内部有片内存储 器、网络通信接口、I /O 口驱动电路、两个硬件定时 / 计数器和 3个 CPU 处理器, 各部分由 16 位地址总 线和 8位数据线连接. 其中 3个 CPU 分别为 CPU-1 是介质访问处理器, CPU-2是网络处理器, CPU-3是 应用处理器, 它们共同实现 ISO /OSI 互连参考模型 的 7层网络协议. 1. 3. 2 时钟电路设计时钟电路提供神经元芯片所需的标准时钟, 如 10 MH z 、5 MH z 、2 5 MH z, 1 25 MH z 或 625 KH z. 为 了充分利 用神经 元芯 片的 工作 速度, 采 用了外 接 10 MH z 晶体的方式, 经神经元芯片二分频后为系统 图 4 红外探测器 LonM ark 闭环对象功能图网络接口包括报警输出 nvoA larm 、报警反馈输 入 nv iA larmFb 及配置参数. 通过修改 set T im e 、clear T im e 等配置参数可以改变参数红外探测 器的探测 提供一个对称的系统时钟. 模式 8-11] , 以适应不同的监控场合.1. 3. 3 复位电路设计复位电路主要为系统上电、调试提供有效的复 位信号. 选 用 DALLAS 公司 的 DS1233 掉电自 动复 位 /外部过载复位芯片. 系统上电时 DS1233 的 RST 端输出 350 m s 的低 电平 一直 到 供电 稳定 并超 过 4 75 V, 使得复位信号释放前系统的供电与神经元 芯片处于稳定状态. 1. 3. 4 收发器接口设计N euron 芯片通过收发器来连入总线, 可以大大 地方便现场网络的布线, 降低了系统的安装成本, 如 图 1. 选用 FTT-10A 则是 E che lon 公司生产的双绞线收发器. 1. 3. 5 存储器配置与译码电路设计 神经元芯 片允 许在 片内 512 字 节 EPROM 和 2 K 字节 RAM 的基 础上再 扩展 58 K 字 节的存 储 空间, 这 58 K 字 节 外 部 存 储 器 配置 兼 容 ROM 、EPROM 、EEPROM, 采用闪速存储器的目的是网络安 装工具支持用户程序下载, 使得用户可以非常方便地在现场在线修改程序, 而作为产品实际应用时, 可 将之更换为 ROM 或 EPROM, 以防止用户程序的丢 失或被篡 改. 图 1 中 的闪 存 W 29EE512 就 是选 用 W inbond 公司的外部程序存储器.2 网络化红外探测器软件设计红外探测器的网络化体现主要有两点: 一是在 硬件方面采用具有现场总线 接口的神经元 芯片电 路; 二是在软件方面采用按 LonM ark 规范编程.根据红外探测器的工作特点, 采用 LonM ark 规 范中的闭环传感器类型要求编写应用软件. 其软件 对象功能图如图 4所示.编程中, 根据红外探测电路板输出信号的持续 时间作为判断标准. 如果红外探测电路板的输出信 号持续时间过短, 则可认为是误报警信号, LonW orks控制板会自动屏蔽该信号, 不向 LonW orks 网络传输 红外报警信号, 根据现场环境和具体的应用需求编 写控制程序, 减少了红外探测器误报警率.在一些较大空间进行监控需要用到多个红外探 测器联合探测, 采用网络化红外探测器非常方便实 现这种要求. 多个红外探测器与控制器的网络连接 如图 5所示. 网络连接可采用实线或虚线两种方式.图 5 红外探测器与控制器的网络典型连接3 网络化红外探测器应用系统利用网络化红外探测器组成的网络化教室用电 监控系统如图 6所示, 由控制网和信息网两层组成. 网络化红外探测器、门磁、DDC 控制器等 组成控制 网, 主要完成数据、状态的采集、分析、处理. 中心计 算机 (安装在智能楼宇实训室 )、办公室计算机组成 信息网, 主要完成数据、状态的传输、共享.由图 6可知, 接入控制网络的红外探测器, 与普 通计算机一样成为了网络中的独立节点, 具有网络 节点的组态性和可操作性, 使传统的红外探测器被82广 东 工 业 大 学 学 报第 26卷网络协议通讯等多功能于一身的智能化控制器, 大 大突破了 传统红 外探 测器 的使 用局 限. 该系统 自 2004年 7月运行以来, 性能稳定, 施工布线简单, 实 现了遥测、遥控、遥信等功能.[ 4] 卞亦 文, 吴仲 城, 申 飞, 等. 基 于 IEEE145112即 插即 用网络 化传感器的 研制 [ J]. 传感技术学 报, 2003( 1): 50- 53.[ 5] 张冈, 朱涛, 陈幼平, 等. 基于嵌入 TCP / IP 协议的 智能传感器设计 [ J] . 仪表技术与传感器, 2004( 3): 48-49, 52. [ 6] 马增强, 杨杰, 尹士闪. 网络传感器在桥梁健康远 程监测系统中的应用 [ J] . 仪表技术, 2005( 2): 81-82.[ 7] 崔春来, 彭 楚武, 胡雁. 基 于 LonW orks 技 术的 智能 温湿度传感器的设计与 实现 [ J]. 传 感器 世界, 2003( 9): 18- 21.[ 8] P raba l Du tta, M ike G r imm er, A n ish A ro ra, et a .l D esign of aw ire less senso r network p latform fo r detecting rare, random,and ephem eral events[ J/OL ]. h ttp: comp ilers. cs. ucla.图 6 网络化教室用电监控系统参考文献:[ 1] T e tsushi Ikegam .i A n O verv iew o f the Sensor N e tw orks[ J].IEEJ T ransactions on E lectron ics, Inform a tion and System s, 2008, 28( 10): 1 498-1 503.[ 2] Sanae M iyazak,i K en T sutsu,i N or itsugu K im ura. A pplica tiono f sensor network techno logy for d isaster m on itoring and as- sessm ent[ J]. 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V ersion 3 0.eche lon[ EB /OL ]. 2007-10-3 /2009-02-18.The Research and Application of N etwork Infrared SensorBased on LonW orks TechnologyXu Yue-hua( V o ca tiona l lnstitute, G uangdong V o ca tiona l Co lleg e ofM echance l and E lec trica lT echnology, G uang zhou 510515, Ch ina)Abstract: The N euron Ch ip w as put into the in frared sensor, the LonW orks Node M odu le w as presented, and the netw ork inte lligent infrared sensors w ith functions such as inform ation processing and auto inspection w ere deve-l oped. The netw ork classroom m onitoring system is form ed, w ith functions such as intelligentiza tion, netwo rk superv-i sion and m on itor ing etc. , thus fu lfilling the purpose o f sav ing energy and electricity. It prov ides the structure fram e- w ork of the netw ork infrared sensor, its hardw are and so ftw are design, and the network classroom electric ity m on ito- ring the system s form ation.K ey w ords: LonW orks; netw ork senso r; infrared de tecto r。
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。
浅谈LonWorks技术的应用
浅谈LonWorks技术的应用20世纪90年代初，美国Echelon公司开发了LonWorks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。
一、LonWorks技术的特点LonWorks技术的核心是神经元芯片，它包括一个固化的高级通信协议LonTalk、三个微处理器、一个多任务操作系统和灵活的输入／输出方式。
LonTalk协议提供了OSI参考模型所定义的全部7层协议，其中l~6层协议固化在神经元芯片中，只有第七层应用层是根据应用对象自行定义，大大节约了开发时间和成本投入。
其主要特点有：(1)开放性和互操作性LonWorks技术符合ISO的OSI标准，具有很好的开放性、互联性和互操作性，符合LonMark标准的不同公司的产品可以相互兼容，系统进行扩容十分方便；(2)分布式无主站控制LonWorks网络采用无主站点对点的对等结构，各节点地位均等，每个节点都能完成控制和通讯功能。
部分节点的故障不会造成系统瘫痪，提高了系统的稳定性，降低了维护难度；(3)系统结构灵活LonWorks网络拓扑结构灵活多变，可根据具体应用工程的结构特点采用不同的网络连接方式，可以最大限度的降低布线系统的复杂性和工作量，提高系统可靠性；(4)成本低，维护容易由于分布式结构，增加新设备、改变设备地址、调整运行参数、系统升级只需通过微机设置，不必更改硬件设备，因此可以节省硬件数量与投资，节省安装与维护费用。
二、LonWorks技术的应用1、列车网络监控系统列车网络监控系统主要实现对列车运行中所有设备运行状态的监视，并根据需要对可控设备进行远程控制。
这些车辆设备比较固定，一般包括烟火报警器、门控器、空调控制器、辅助电源逆变器、防滑器、列车供电控制器、轴温报警器等。
LonWorks智能控制网络1
LonWorks的技术特点
开放性：网络协议称为LonTalk 协议，符合ISO\OSI全部七 层模型,是开放的。 互操作性： 通信介质：可采用包括双绞线、电力线、无线、红外线、光 缆等在内的多种介质进行通信，并且多种介质可以在同一网 络中混合使用。这一特性使得不同工业现场的不同设备实现 互联。增强了网络的兼容性。 网络结构：能够使用所有现有的网络结构，如主从式、对等 式以及客户/服务式(Client/Server)。 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。 网络通讯采用面向对象的设计方法。通过网络变量及其捆绑 这一手段，使得网络通信的设计简化成为参数设置，方便用 户设计和使用，并增加了通信的可靠性。
LonWorks技术的核心是神经元芯片（Neuron Chip） 神经元芯片主要有3150和3120两大系列。3120芯片中 包含EEPROM、RAM和ROM存储器；而3l50芯片内部无ROM， 但拥有访问外部存储器的接口，总寻址空间可达64KB， 可用于开发更为复杂的应用。 生产厂家最早的有Motorola公司和TOSHIBA公司， 目前生产神经元芯片的厂家是TOSHIBA公司和美国的 Cypress公司。TOSHIBA公司生产的神经元芯片型号 为TMPN3120和TMPN3150两个系列。Cypress公司 生产的神经元芯片型号为CY7C53120和CY7C53150 两个系列。
依据通讯媒介的不同，具有300bit/s～1.25Mbit/s的通 讯速率。当通讯速率最高达1.25Mbit/s时，通讯距离为 130m；对78kbit/s的双绞线，直接通讯距离长达2700m。 采用域＋子网＋节点的逻辑地址方式方便地实现节点的 替换，最大节点数为255（子网/域）×127（节点/子网） ＝32385。 提供一整套完整的从节点到网络的开发工具。比如节点 开发工具为NodeBuilder；节点和网络安装工具为 LonBuilder；网络管理工具为LonManage；客户、服 务器网络构架打造LNS技术；具备完善的网络接口装置。 采用可预测P坚持（Predictive P-Persistent ）CSMA， 解决了网络过载的冲突及响应问题。
第5讲 LonWorks智能控制网络
Beijing Institute of Technology
概述
LonWorks智能控制网络
5.2.2 神经元芯片TMP3150B1AF—CPU结构
分为 MAC处理器、网络处理器和应用处理器
MAC处理器完成介质访 问控制，处于OSI第1、 2层，包括驱动通信子 系统硬件和执行MAC算 法； 网络处理器完成 LonTalk协议第3-6层， 包括处理网络变量、寻 址、认证、后台诊断、 软件定时器、网络管理 和路由等； 应用处理器完成用户的 编程，包括用户编写的 代码以及用户程序对操 作系统的服务调用等。
CP0-CP4: 双向通信端口
Beijing Institute of Technology 29
神经元芯片
LonWorks智能控制网络
5.2.1 概述—内部结构
主要性能特点 ： 高度集成 、所需外部 器件较少；
EEPROM
RAM
CPU1
CPU2
CPU3
内有三个CPU； 11个可编程I/O口引 脚可设置为34种预编程 工作方式；
Vdd电源抖动时确保电源稳定后Neuron芯片的 恢复；
对程序出错（如跑飞或死循环）时确保程序的 恢复；
Vdd掉电时确保正常关机。
Beijing Institute of Technology 33
神经元芯片
LonWorks智能控制网络
5.2.2 神经元芯片TMP3150B1AF—复位
RESET:复位引脚(低态有效)； SERVICE: 服务引脚，工作期 间指示灯输出； IO0-IO3: 通用I/O端口； IO4-IO7: 通用I/O端口； IO8-IO10: 通用I/O端口； D0-D7: 数据总线； R/W: 读写控制；
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
Lonworks技术
2.LONMARK标准LONMARK标准是以LonWorks技术为基础的一套标准。
LonWorks技术由美国Echelon公司90年代开发推出。
LONWORK技术实际上是一种测控网技术，或者更确切一点说是一种工控网技术，也叫现场总线技术。
它方便地实现现场的传感器、执行器、仪表等联网。
这种网络不同于局域网LAN，而是一种工控网。
因为它传输数据量较小的检测信息、状态信息和控制信息。
Echelon公司叫做局部操作网LON(Local Operating Network)采用LONTalk协议的LON网称为Lonworks网。
Lonworks技术有以下特点：Lonworks技术是一套开放式技术，其通讯协议LonTalk协议也是开放的，实现遵守该协议的各家产品互联成为可能；Lonworks技术的关键芯片Neuron Chip(神经元芯片)有很高的集成度，内部有3个8位CPU(CPU1，CPU2，CPU3)。
CPU1负责媒体访问控制，CPU2、CPU3负责网络通讯。
除此之外内部还有RAM、E2PROM、ROM，以及I/O接口等；Lonworks技术支持多种通讯介质。
包括双绞线、电力线、同轴电缆、光纤、无线射频、红外线等，甚至多种介质能在同一网络中混合使用；Lonworks技术产品门类齐全。
有四大类50多种硬件、软件模块，先进的开发设备和手段为用户开发带来方便。
1993年在世界范围推广，其发展速度极快，到1995年已经有2500家生产商使用并且安装了200多万个节点(每个节点包括一个神经元芯片，平均可以有5个测控点)。
其发展速度远远超过其它任何一种现场总线(如CANBUS、ProfiBus等)。
其应用在智能建筑中(大型宾馆、饭店、写字楼、现代高档住宅)的建筑设备自动化系统(BAS)、工业自动化、航空航天技术等领域。
但有50%以上的节点用于建筑物自动化领域。
世界各大楼宇自控公司及工业控制公司一致认为Lonworks技术是当前“最先进的”、“有非常大的潜在能力的”，“该技术将引起控制市场方向性变化”，并表示要用这新技术改造自己的产品。
LONWORKS技术介绍
L ON W ORKS 技术介绍原理和实践概述第2版第1章：绪论 2 第2章：网络和协议 3 2.1 网络 3 2.2 通信协议 4 2.3 协议模型化 4 2.4 控制网络 5 第3章：LonTalk®协议 6 3.1 协议定义 6 3.2 LonTalk协议寻址 6 3.3 LonTalk网络变量7 3.4 LonTalk报文类型8 3.5 LonTalk信道类型8 3.6 LonTalk特征和优点9 3.7 LonTalk标准9 第4章：L ON W ORKS技术10 4.1 建立平台10 4.2 神经元®芯片11 4.3 神经元芯片应用程序12 4.4 收发器12 4.5 L ON W ORKS装置12 4.6 路由器13 4.7 开发工具13 4.8 网络适配器14 4.9 网络操作系统14 第5章：互可操作性16 5.1 L ON M ARK®协会16 5.2 收发器和物理信道准则17 5.3 应用程序准则17 5.4 对象和功能简介18 5.5 L ON M ARK资源文档19 5.6 L ON M ARK程序ID (Program ID) 20 第6章：词汇集21 第7章：经常问到的问题23 第8章：参考文献27第1章：绪论在80年代后期，埃施朗公司(Echelon)开始开发L ON W ORKS技术平台，确信它将成为控制网的通用标准。
控制网是以对等方式工作、监控传感器、控制执行器、可靠地通信、管理网络操作和提供对网络数据全面接入的任何装置的集合。
L ON W ORKS控制网使用LonTalk协议来完成这些任务。
L ON W ORKS技术已经成为控制网的通用标准，因为今天确实有几千家公司以它为基础来开发产品。
L ON W ORKS控制网在某些方面相似于被称为局域网或LAN的数据网。
数据网由结合各种通信介质以路由器连接的计算机组成，它们使用公用协议相互通信。
LonWorks简介
LonWorks®技术介绍LonWorks技术为设计、创建、安装和维护设备网络方面的许多问题提供解决方案：网络的大小可以是两个到32385个设备，并且可以适用于任何场合，从超市到加油站，从飞机到铁路客车，从熔解激光到自动贩卖机，从单个家庭到一栋摩天大楼。
今天，在几乎每种工业应用中，有一种趋势就是远离专用控制方案和集中系统。
制造商正在使用基于开放技术的产品，如现成的芯片、操作系统和功能模块产品。
这些特性可以改进可靠性、提高灵活性、降低系统成本、改善系统性能。
LonWorks技术通过所提供的互操作性、先进的技术架构、快速地产品开发和可估算的成本节约，加速了这个趋势的发展。
LonWorks网络中设备的通信是采用一种称为LonTalk的网络标准语言实现的。
LonTalk协议由各种允许网络上不同设备彼此间智能通信的底层协议组成。
LonTalk协议提供一整套通信服务，这使得设备中的应用程序能够在网络上同其他设备发送和接收报文而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址，或其他设备的功能。
LonWorks 协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送，以提供规定受限制的事务处理次数。
对网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络和其他设备相互作用，这包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和启动/停止/复位设备的应用程序。
LonTalk——也就是LonWorks系统——可以在任何物理媒介上通信，这包括电力线，双绞线，无线（RF），红外（IR），同轴电缆和光纤。
虽然组建控制网络的方法有很多，但是对于自动化控制而言，平坦的、对等式（P2P）体系结构是最好的。
P2P体系结构和其它任何一种分级的体系结构相比，不再具有分级体系结构与生俱来的单点故障。
在传统的体系结构中，来自某一个设备的信息要传递给目标设备，必须先传送到中央设备或者网关。
因此，每两个非中央设备之间的通信包括了一个额外的步骤，或者说增加了故障的可能性。
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第二节 Lonworks的技术核心
图1 神经元芯片3150内部结构框图
第二节 Lonworks的技术核心
1号媒体访问控制处理器：媒体访问控制处理器完成媒 体访问控制，也就是控制LonTalk七层协议中的第1层 物理层和第二层数据链路层，并可以驱动通信子系统的 硬件来完成冲突避免算法。 2号网络处理器：它控制网络协议中的第3层到第6层 (网络层、传输层、会话层和表示层)，可以完成网络变 量进程、编址、处理事务进程、报文鉴别、软件定时器、 网络管理和路由寻址等功能。 3号应用处理器：它实现网络协议的第7层应用层，执 行用户代码和用户代码调用的操作系统来进行工作，大 部分应用程序的编程语言为NeuronC。
第三节 Lonworks技术与BAS
3.LonWorks网与工业以太网
1)基于TCP/IP的以太网是一种标准的开放式的网络，非常适 合解决控制系统中不同厂商设备的兼容和互操作的问题。 2)以太网能便捷地访问远程系统，实现远程诊断和远程维护， 共享/访问多数据库。 3)以太网使以万维网为基础的所有手段可以毫不费力地移植 到管控一体化系统中来。 4)能降低成本，包括技术人员的培训费用、系统维护费用及 初期投资。
第二节 Lonworks的技术核心
图2 神经元芯片内部微处理器结构框图
第二节 Lonworks的技术核心
2.存储器 3150片内没有ROM，寻址空间为64KB，其中包括58KB 的片内存储器。其存储器映像如图2所示。外部存储器可以扩 展FLASH、ROM、E2PROM、RAM以及它们的组合。
图3 神经元芯片内部存储器映像
第三节 Lonworks技术与BAS
2.Lonworks网络与Bacnet网络 Bacnet网络通信协议是由ASHRAE(美国暖通空调制冷工 程学会)发起制定并得到美国国家标准局(ANSI)认可的标准。
由于业主对集成技术不断提出更高的要求，要求建筑物 楼宇系统与高一级的企业管理系统加强联系，提高管理效率。 这就是在信息管理网一级上互联，解决不同厂商的自动化系 统集成。因此厂家可以按照Bacnet标准开发与Bacnet兼容的 控制器或接口，以在这一标准协议下实现相互交换数据的目 的。
第三节 Lonworks技术与BAS
Bacnet比LonWorks有更为量大的数据通信能力，是可 以实现不同厂家的楼宇自动化系统互联的通信技术。
例如：利用Bacnet 技术可以使Honey Well或Johnson等 公司的一套BA系统与其他公共安全及消防系统连成一个整体， 并在一个工作站点上可以实现对这些系统的全部监控。
第一代：PCS气动信号控制系统 第二 代：模拟信号信号控制系统 第三代：数字计算机集中式控制系统 第四代：DCS集散式分布控制系统 第五代：FCS现场总线控制系统（全分布式结构） 开放性，分散式与数字通信是现场总线最显著的特征。
第一节 Lonworks技术的形成和发展
二、几种主流现场总线简介 1.基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）（美国 1994年9月）是目前国际公认的不附属于任何企业的、公正的、 非商业化的国际标准。分为低速的H1和高速的H2两种通讯速 率。 2.CAN总线（ControllerAreaNetwork控制局域网）（德国） BOSCH公司与1993年推出，主要用于汽车内部的测量与执行 部件之间的通讯。
第二节 Lonworks的技术核心
3.I/O口 神经元芯片通过它的11个I/O口(IO0~IO10)与其他设备 互联。这些引脚可以根据不同的外部设备I/O的要求，灵活 配置输入输出方式，如图3所示。
图4 神经元芯片定时器结构框图
第二节 Lonworks的技术核心
4.通信接口 神经元芯片通过5只(CP0~CP4)与各种通信媒体接口 即网络收发器连接。为适合不同的通信媒体，可将5个管脚 配置为3种不同的接口模式：单端(Single-ended)、差分 (Differential)和专用模式。在单端模式和差分模式工作室， 通信端口使用曼彻斯特差分编码技术对发送和接收的数据 进行编码和解码。
第二节 Lonworks的技术核心
单端模式：主要用于光缆、铜轴电缆、或无线射频收发器。 差分模式：主要用于连接带隔离变压器的双绞线网络收发器。 专用模式：CP2和CP4分别输出位和帧的同步信号，可用于 和用户设计的智能型网络收发器连接，便于用户任意构成自 己所需要的方式，这样就大大提高了神经元芯片在通信方式 上的灵活性。
第一节 Lonworks技术的形成和发展
7.WorldFIP总线，WorldFIP的北美部分与ISP合并为FF以 后， WorldFIP 的欧洲部分仍保持独立，总部设在法国。 8.INTERBUS 是德国Phoenix公司推出的较早的现场总线。 2000年2月成为国际标准IEC61158。其被广泛应用于汽车、 烟草、仓储、造纸、包装食品等工业领域。 9.Lonworks是由美国Echelon公司研发、于1990年正式公布 的现场总线网络。Lonworks的核心技术是具有3个8位的CPU 神经元芯片（Neuron Chip),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。
第二节 Lonworks的技术核心
9.复位 复位引脚是漏极开路、双向且低电平有效的引脚，内 部有一个电源充当上拉电阻。 Lonworks技术主要由以下三个核心部分组成： 1)MC143150或MC14312NEURON(神经元)芯片。
2)LonTalk协议，执行ISO/OSI参考模型提供全部七层服务。 3)节点开发工具(NODEBUILDER)和网络开发工具 (LONBUILD)。
5.HART(是Highway Addressable Remote Transducer的缩写)， 这种被称为可寻址的远程传感器高速通信开放协议，其特点是 在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向 数字系统转变的过渡产品。 -Link(是Control&Cmmunication Link控制与通信链路的缩 写)，1996年11月，有三菱带电机为主导的多家公司推出， 2005年7月CC—Link被中国国家标准委员会批准为中国国家标 准指导性技术文件。
第一节 Lonworks技术的形成和发展
Lonworks技术发展经历的几个重要阶段如下：
1990年，发明Lonworks技术、LonTalk协议。 1993年，LonMark互操作协会成立。 1997年，LNS网络操作系统体系结构。 1999年，协议成为ANSI/EIA-709.1 标准。 2001/2002年，LonWorks/IP路由技术PLT-22电力线以及双绞 线成为ANSI/EIA-709.2/3标准。 2002年，第3代工具——NodeBuilder3问世。 2006年Lonworks技术成为中国国家标准化指导性技术文件 GB/Z20177——2006。
第三节 Lonworks技术与BAS
1.基于LonWorks标准的自控系统 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。
第二节 Lonworks的技术核心
Lonworks技术的主要特特点：
开放性和互操作性。 分布式无主站控制。 系统结构灵活。 成本低，维护容易。
第二节 Lonworks的技术核心
1.神经元芯片 3150支持外部存储器，适合更为复杂的应用，而3120 则不支持外部存储器，适于简单的应用，大多数应用比 较复杂的场合均使用3150系列。 神经元芯片内部3个微处理器(CPU)分别是：1号媒体访 问控制(MAC)处理器、2号网络(Nentwork)处理器和3 号应用(Application)处理器，其结构如图1所示。
第二节 Lonworks的技术核心
7.睡眠/唤醒机制 神经元芯片可在软件控制下进入低功耗睡眠模式，此 时关闭系统时钟和所有的定时器/计数器，但仍保留系统所 有的状态信息(包括片内RAM的内容)。当一下任一输入跳 变出现即可恢复正常操作：IO4~IO7管脚中的任一个，服务 功能管脚；通信端口。 8.服务引脚 服务引脚是神经元芯片里的一个非常重要的管脚， 在节点的配置、安装和维护的时候都需要使用该管脚。
第三节 Lonworks技术与BAS
90年代中期，BAS系统向系统集成方向发展，开始考 虑上层控制总线与其他子系统联网，BAS的信号传输和数据 通信网有了统一的通信协议，对多个供应商不同系统之间的 集成，常采用Bacnet(Building Automation Control Network) 互连标准，而现在LonWorks技术已开始从工业自控发展至 智能建筑BAS自控系统，它的开放性、互操作性、高可靠性、 无中心控制等优点已被世人所公认。 目前BAS的主流技术是：在现场总线采用Lonworks 技术，而在管理层采用Bacnet标准。
3.DeviceNet总线（DeviceNet ）DeviceNet 局域CAN技术， 每个网络的最大节点数64个，其通讯模式为“生产者/消费者 （Producer/Consumer)，采用多信道广播信息发送方式。
第一节 Lonworks技术的形成和发展
4.PROFIBUS过程现场总线(Process Field Bus), PROFIBUS 是由德国13家公司和5家科研机构在联合开发项目中制定的规 范，是德国标准和欧洲标准。
第三节 Lonworks技术与BAS
LonWorks网的主要特点：
1)网络拓扑结构灵活多变，可根据被控对象的结构特点采 用不同的网络连接方式。可以最大限度地降低布线系统 的复杂程度和工作量，提高系统可靠性和可维护性。
2)Lonworks网络是无主站点对点网络，其任一点的故障 不会造成系统瘫痪。 3)Neuron芯片内装有现成的I/O对象，固化了LonTalk协 议，并使用高级语言编程，大大缩短了开发周期，提高 了开发质量，能在短时间内开发出稳定可靠的系统。