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圖1  典型LonWorks節(jié)點(diǎn)的方框圖

    由圖1可見，Neuron神經(jīng)芯片是節(jié)點(diǎn)的核心部分，它包括一套完整的通信協(xié)議，即LonTalk協(xié)議，從而確保節(jié)點(diǎn)間使用可靠的通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行互操作。LonTalk通訊協(xié)議遵循ISO/OSI的全部七層模型。Neuron神經(jīng)芯片內(nèi)含三個(gè)八位CPU：第一個(gè)CPU為介質(zhì)訪問控制處理器，實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第1層和第2層；第二個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第3層至第6層；第三個(gè)CPU為應(yīng)用處理器，實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第7層。

    Neuron芯片的通訊口是一個(gè)非常通用的網(wǎng)絡(luò)接口，有5個(gè)引腳組成，可以設(shè)成3種模式：單端模式、差分模式、特殊模式，如表1所示。

表1  網(wǎng)絡(luò)通訊口引腳設(shè)置模式

    利用這5個(gè)引腳，Neuron芯片可以和各種不同通訊介質(zhì)的LonWorks介質(zhì)的收發(fā)器相連，并且可以覆蓋廣泛的數(shù)據(jù)傳輸速率。網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)收發(fā)器為Neuron芯片與Lon網(wǎng)絡(luò)之間提供了一個(gè)通信接口，或者說在節(jié)點(diǎn)和通信媒介之間建立了一個(gè)物理接口，這個(gè)接口可以對(duì)媒介上收發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和譯碼。對(duì)類似雙絞線一類的介質(zhì)來說，Neuron芯片已經(jīng)集成了大部分的收發(fā)電路，使用時(shí)只需附加部分的外部電路即可。而對(duì)另外一些介質(zhì)如電源線和射頻來說，其外部的收發(fā)器則要求較高，要支持更復(fù)雜的編碼電路。無論對(duì)何種介質(zhì)，LonWorks收發(fā)器是一種低成本的組件，為媒介和Neuron芯片之間建立了完整的機(jī)械和電氣接口。

    LonWorks采用網(wǎng)絡(luò)變量的設(shè)計(jì)方式，包括接口I/O在內(nèi)所有的信息交換均通過網(wǎng)絡(luò)變量進(jìn)行，這樣給網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)帶來極大方便。LonWorks技術(shù)除擁有現(xiàn)場級(jí)控制系統(tǒng)所要求的全部特性外，還具有其他現(xiàn)場總線不具有的優(yōu)點(diǎn)：

    (1) 多介質(zhì)傳輸。雙絞線、射頻、電力線、紅外、電話、光纖等等都可以作為網(wǎng)絡(luò)通信的介質(zhì)；

    (2) 唯一符合ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，在充分考慮控制系統(tǒng)特殊要求的基礎(chǔ)上，建立每一層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；

    (3) 自由的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，靈活而低成本的布線；(4) 無明顯的行業(yè)限制，可很好地應(yīng)用各種智能化管理系統(tǒng)，如樓宇自動(dòng)化、智能小區(qū)等。

3  LonWorks網(wǎng)絡(luò)組成與網(wǎng)絡(luò)管理

    LonWorks技術(shù)包括設(shè)計(jì)、使用和支持Lon網(wǎng)絡(luò)所需的全部工具，主要有：神經(jīng)元芯片Neuron Chip、神經(jīng)元芯片編程語言Neuron C、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議LonTalk、網(wǎng)絡(luò)接口、網(wǎng)絡(luò)路由器Router、網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器Transceiver和網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具LonBuilder（或NodeBuilder）。這些組成LonWorks的基本要素為Lon網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)完整的開發(fā)環(huán)境。FCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者可以利用這些平臺(tái)設(shè)計(jì)Lon網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)并安裝網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中采用Neuron芯片的智能節(jié)點(diǎn)（可能是傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)或其他測控設(shè)備）之間遵循LonTalk局部操作網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，這種遵循LonTalk協(xié)議的局部操作網(wǎng)絡(luò)就稱為LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2  LonWorks網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

    目前對(duì)LonWorks系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理有兩種途徑，一種是使用Visual Control進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形象逼真，它可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以樹型的方式展現(xiàn)在用戶面前，用戶可以方便地增、刪節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)分支，并可方便地查看各個(gè)節(jié)點(diǎn)中網(wǎng)絡(luò)變量的數(shù)值與狀態(tài)。其缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)較龐大，價(jià)格也較昂貴。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只是其中的一部分功能，故實(shí)際現(xiàn)場中單作為網(wǎng)絡(luò)管理有些不經(jīng)濟(jì)，由于軟件本身的問題，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的故障率較高，有待進(jìn)一步改進(jìn)。另一種是使用LonMaker網(wǎng)絡(luò)管理軟件，它具有小巧、實(shí)用的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行在DOS方式下，界面不太直觀，但在現(xiàn)場管理上比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，軟件所占空間小且價(jià)格便宜。筆者一般是用Visual Control進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自定義模塊的編程，并依靠它將代碼下載到節(jié)點(diǎn)的Flash Rom中，然后用LonMaker進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。LonMaker是美國ECHELON公司為其現(xiàn)場總線LonWorks配套開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)管理組態(tài)軟件，它可以通過對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)和節(jié)點(diǎn)間網(wǎng)絡(luò)變量的實(shí)時(shí)連接，在線完成控制系統(tǒng)的組態(tài)，這使人們可以在線重新調(diào)整組織控制系統(tǒng)，并可實(shí)時(shí)修改網(wǎng)絡(luò)變量的數(shù)值與狀態(tài)，以使技術(shù)人員能方便地進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試及測試。

4  LonWorks在智能小區(qū)安防系統(tǒng)中的應(yīng)用

    智能小區(qū)系統(tǒng)可以通過LonWorks技術(shù)互聯(lián)成一個(gè)整體，使智能小區(qū)能實(shí)現(xiàn)集中管理、分散控制。運(yùn)用LonWorks技術(shù)可以很容易地實(shí)現(xiàn)智能化住宅的所有功能，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以采用自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，布線容易。對(duì)不同的系統(tǒng)功能要求，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無需作任何修改，只需對(duì)LonWorks節(jié)點(diǎn)編寫相應(yīng)的程序，將其直接連接到控制網(wǎng)絡(luò)上，這使得整個(gè)智能小區(qū)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。智能小區(qū)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視、控制，對(duì)各子系統(tǒng)信息進(jìn)行采集。用戶不但可以在LonWorks網(wǎng)絡(luò)上傳輸控制命令，而且可以在LonWorks網(wǎng)絡(luò)上傳輸大量的服務(wù)信息，使小區(qū)的信息服務(wù)功能成為小區(qū)智能化控制系統(tǒng)的主要功能。

圖3  LonWorks網(wǎng)絡(luò)智能小區(qū)通信方案圖

    圖3所標(biāo)識(shí)的連接線路是以LonWorks總線為基礎(chǔ)的智能小區(qū)通信線路方案圖，整個(gè)系統(tǒng)采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。各子系統(tǒng)內(nèi)部的通信部分均采用雙絞線作為傳輸介質(zhì)，各節(jié)點(diǎn)以總線拓?fù)湫问竭B接。各子系統(tǒng)分別通過一路由器，整體作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到LonWorks總線上。

    使用一個(gè) i.LON Internet 服務(wù)器將LonTalk協(xié)議轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡與管理中心計(jì)算機(jī)通信。當(dāng)需要多個(gè)i.LON Internet 服務(wù)器時(shí)，可增加集線器、交換機(jī)等常規(guī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

注意：同一信道上節(jié)點(diǎn)數(shù)不可超過64個(gè)，如節(jié)點(diǎn)數(shù)超過64個(gè)，需要增加信道。方法為：

    (1)  在i.LON Internet 服務(wù)器后級(jí)增加路由器，通過每臺(tái)路由器將N（1<N<64）個(gè)節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到總線上；

    (2)  增加網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及i.LON Internet 服務(wù)器，達(dá)到增加信道，進(jìn)而提高節(jié)點(diǎn)容量的目的。

    當(dāng)系統(tǒng)總的節(jié)點(diǎn)數(shù)不超過64個(gè)時(shí)，可以不使用路由器，直接將節(jié)點(diǎn)設(shè)備掛在總線上。

5  結(jié)語

    LonWorks技術(shù)已經(jīng)成為小區(qū)智能化系統(tǒng)的基本規(guī)范。LonWorks網(wǎng)絡(luò)非常容易與其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和控制。LonWorks開放式、可互操作性、成熟和低成本的特點(diǎn)，使得眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網(wǎng)絡(luò)方案中采用LonWorks技術(shù)。另外，對(duì)于最終用戶來說，項(xiàng)目的初期投資大為減少，系統(tǒng)管理簡單，增加新功能又十分簡便，由此可以推斷，LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能小區(qū)中的應(yīng)用將會(huì)越來越為人們重視和推廣。