第六次课 Lon总线

工业自动化网络主讲陈青林

本次课主要内容LonWorks技术核心元件--神经元芯片的结构特点LonTalk通信协议LonTalk的介质访问控制LonWorks的互操作性LonWorks的开发工具LNS技术面向对象的编程语言－－NeuronC

5.2.2LON总线分散式通信控制处理器—神经元芯片1.处理单元该芯片内部装有三个微处理器：MAC处理器、网络处理器和应用处理器。2.存储器

MC143150存储器的分配包括：

512bytesEEPROM；网络配置和地址表；独一无二的48位神经元ID码；用户应用程序代码和一般只读的数据；

2048bytesRAM；堆栈段、应用程序和系统程序的数据区；

LonTalk协议应用缓冲区和网络缓冲区；最多64kB存储器地址空间，但处理器提供外部存储器接口能够访问到的是59392bytes；而剩下的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； 剩下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□－－IO0～IO10。这些管脚可以根据不同外部设备I/O的要求，灵活地配置输入输出方式。神经元芯片定时/计数器外部连接图4.通信端口

单端模式差分模式专用模式5.时钟系统6.睡眠/唤醒机制7.ServicePin8.Watchdog定时器

单端模式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-485五.LonWorks通信协议－－LonTalk

LonTalk协议的特点:LonTalk协议是为LON总线设计的专用协议，它具有以下特点：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(2Kbps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。2LonTalk七层协议3LonTalk协议物理层协议

适应不同的通信介质，如： 双绞线(twisted-pair)、电力线(powerline)、无线电(radio-frequency)、红外线(infrared)、同轴电缆(coaxialcable)、光纤(fiber)甚至是用户自定义的通信介质。支持不同的数据解码和编码，如： 通常双绞线使用差分曼切斯特编码、电力线使用扩频、无线通信使用频移键控(FSK)。4LonTalk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(Subnet)和节点(Node)报文地址结构图5MAC子层5.6LonWorks的互操作性

可互操作网络的外部端口

---应用层端口

几个主要部分组成：

1节点对象在一个节点内，节点对象用于对询问对象方式、报告对象状态提供支持。节点对象包括与节点有关联的网络变量和结构参数。2LonMark对象LonMark对象为应用层提供了可互操作性的基础。LonMark对象描述了信息如何输入节点、如何从节点输出、如何与网络上其他节点共享信息的标准格式。3标准网络变量类型

使用标准网络变量类型(SNVT)能使不同制造商的产品通过建立标准数据传送模式正确地翻译、传递数据。例如，一个以热敏电阻为基础的温度传感器可以与一个以热电偶为基础的温度传感器互换，如果它们都能产生经过校准的、类型为SNVT-temp的温度值的话。

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。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。

5.7LonWorks开发工具

LonBuilder是LonWorks技术中最主要的一个开发工具它分为以下几部分：(1)节点开发器

(2)网络管理器

(3)协议分析器和报文统计器

(4)例子程序和开发板

2LonManager工具

LonManager主要由一系列的软件开发包和接口卡组成，它包括：LonManagerDDE，LonManagerProfile和LonMaker，LonManager协议分析仪。

LonManagerDDE:主要针对将Windows系统作为网络上的一个节点，该软件能让Windows下开发应用软件通过DDE接口方便地发送或接收网络变量。

LonManagerProfile和LonMaker，由于LonBuilder不便于携带，所以，LonManagerProfile和LonMaker可以替代LonBuilder作为现场网络安装工具，Profile完成节点的映像，LonMaker则完成网络的安装配置、维护和监测。

LonManager协议分析仪替代LonBuilder协议分析器和报文统计器，作为网络协议分析统计。3硬件接口卡

在LonWorks开发工具中还包含硬件接口卡，它主要完成主机和神经元芯片进行数据转换。例如，在LonManagerDDE中，通过PCLTA(PCLonTalkAdaptor)和LON网交换数据。在LonManager协议分析仪中通过PCC-10(PCMCIA接口)或PCLA(PCLonTalk)和LON网接口。5.8LNS技术

LNS(LonWorksNetworkService)是Echelon公司最新开发出来的LON总线的开发工具，它提供给用户一个强大的客户/服务器网络构架，是未来LON总线的可互操作性基础。使用LNS提供的网络服务，可以保证从不同网络服务器上提供的网络管理工具可以一起执行网络安装、网络维护、网络监测；而众多的客户则可以同时申请这些服务器所提供的网络功能。

采用LON总线结构的现场网络六.面向对象的编程语言－－NeuronC

NeuronC是一种编程语言，它以ANSIC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。

NeuronC支持ANSIC的定义类型(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)。

网络变量

应用程序可以定义一个特殊的静态对象类－－网络变量，这些网络变量可以是整型、字符型或结构等类型。网络变量可以与一个或多个其他节点的网络变量互连。网络变量从通信的角度分为输入或输出，对于一个输入的网络变量可以和其他节点的多个输出的网络变量互连而对于一个输出的网络变量也可以和其他节点的多个输入的网络变量互连，值得注意的是输出和输出或输入和输入是不能互连的。

节点的数据可以通过网络变量进行共享，一个节点输出的网络变量更新，而所有与之相连的其他节点的输入网络变量也相应地更新。

应用实例：T21/22次京沪高档车LonWorks网络列车监控系统主要监控对象：

1）列车各节车厢的空调总电流（含制冷、采暖工况）、故障显示、温度显示、空调集控、温度设定；2）车厢的供电、照明工况和控制；3）塞拉门工况、塞拉门故障；4）轴温报警器；5）防滑器；6）烟火报警器；7）列车管压力、制动支管压力。T21/22网络拓扑图

列车主控计算机及其网关轴温集中转换器FSK轴报器车厢级LonWorks空调网关空调控制器车门网关车门控制器烟火网关烟火报警器防滑网关防滑器供电供电监控器照明制动1#车代理节点20#车代理节点轴报器车厢级LonWorks空调网关空调控制器车门网关车门控制器烟火网关烟火报警器防滑网关防滑器供电供电监控器照明制动列车级LonWorks主控计算机主控计算机是整个列车监控系统的神经中枢，负责向各节车厢发送控制命令，接收监控对象的信息，显示所有监控对象的状态，实时记录全部车厢的数据。LON/RS-I型主机网关负责LonWorks/RS232信号转换任务。

全车状态显示界面是以表格的形式显示全部车厢的防滑系统状态、轴温、制动缸状态、列车管压力、烟火报警、供电、照明、充电器、漏电保护、用电安全记录、空调机组工况、车厢内温度以及车门状态等。单车状态显示以数字、指示灯和数字仪表的形式，更详细、直观地显示单节车厢各系统的状态。车辆运行记录自动保存到磁盘上，供地面人员查看和打印。软件界面供电监控器

供电监控器负责监视车厢供电及照明系统的状态、测量空调机组的电压、电流值及蓄电池电压、充/放电电流值和制动管压力值，用拨码盘设置车厢号。并通过网络将这些信息传递给列车主机。供电监控器还可接收主机发出的供电、照明控制命令，控制相应接触器的开、关，实现供电和照明的集中、远程控制。能大大减少车辆乘务员的工作量。应用情况：T21/22次正式运营后，本监控系统从2001年10月27日开始使用。从实际应用效果看，