摘要：LonWorks總線技術是一種控制網絡技術，它的基本控制單元-神經元芯片NERUN芯片，同時具備了通訊與控制功能，在其中固化了OSI參考模型所定義的全部七層服務的通訊協議，具有開放性與互操作性的優點。本文著重介紹基于神經元芯片（Neuron TMPN 3150）的系統擴展方法，提出了三種不同的系統擴展模型。 關鍵詞：LonWorks總線，接口，系統擴展 　　LonWorks技術是一種實用的開放系統互連（OSI）模型，是目前唯一能夠提供OSI參考模型所定義的全部七層服務的通訊協議，LonWorks技術所倡導的開放性、互操作性設計原則，為現場總線的設計與發展提供了一個良好的典范。盡管LonWorks技術出現只有短短的幾年時間，它在許多領域的成功應用，顯示出它的勃勃生機。 　　神經元芯片是LonWorks總線技術的核心控制器件，是組成LonWorks系統的基本單元，它除了具備很強的總線通訊與總線控制能力以外，還可以實現各種的數據處理功能，合理地使用神經元芯片的內部資源，使用神經元芯片的強大的外部擴展能力，將會方便地組成一個簡潔、穩定、可靠的分布式控制系統，尤其是對一個大型的分布式控制系統，采用LonWorks技術將顯得更為重要。 1. LonWorks技術特點 　　在當今許多控制系統中都采用分布式系統結構，在這種體系結構中，控制由本地實現，或在局部的各控制器之間直接進行，而不需要主控制器參與完成，各控制器之間沒有主從關系，由他們共同協作，來組成一個大的控制系統。在這種結構形式下，系統的可靠性被分散到各個部件上，不至于使一個部件的失效導致整個系統癱瘓，提高了整個系統的可靠性。 　　LonWorks技術是一種通用的控制網絡技術，它大量應用于Sensor_Bus、Device Bus及Field Bus中。它支持各種拓撲結構，包括：總線形、星形、環形，也支持這些結構的混接。LonWorks技術可以采用各種通訊介質，從低檔的雙絞線，到高檔的光纖，從電力線載波，到紅外線、無線傳輸等等，并可實現在同一個網絡中混合使用。 　　與一般的現場總線相比，LonWorks技術具有許多優點： 　　（1）. 采用LonTalk通訊協議，遵循國際標準化組織（ISO）定義的開放系統互連（OSI）模型，是唯一能夠提供了OSI參考模型所定義的全部七層服務的通訊協議。 　　（2） 神經元芯片可以實現通訊功能和現場控制功能，在一個神經元芯片內部包含了三個8位CPU，其中兩個用于實現LonWorks網絡的通訊控制，一個用來實現本地的控制功能。 　　（3）.采用Predictive P-Persistant CSMA （-預測時間槽-載波監挺多路訪問）方式進行總線沖突檢測，保證在網絡負載很重時，不會帶來網絡癱瘓。 　　（4）.采用面向對象的設計方法實現網絡通訊，既采用網絡變量使網絡通訊的設計簡化成為對參數的設置，大大地提高了通訊的可靠性。 　　（5）.采用短包結構，提高通訊的抗干擾能力，提高了通訊的實時性，采用可變長數據幀，每幀數據長度從0-228個字節。 　　（6）.有兩種通訊速度：78KBps,1.25MBps 　　（7）. 通訊距離130m-2700m 　　（8）. 同一個網上的節點數可以達到32000個。 2. 基于神經元芯片的分布式控制系統體系結構 　　采用LonWorks技術的控制系統，是一個全分布式的控制系統，總線上的每一個控制單元都是一個對等的控制節點;可通過路由器把LonWorks系統可分為域和子網，一個子網最多可以有62個節點，一個域最多可以有32000個節點;一個節點也可以同時分屬兩個不同的域，可通過該節點實現兩個域之間的數據通訊，可用這種方法擴展網上的總節點數。 　　對于一個節點數較少的系統，或者實時性要求較高的應用系統，可采用一級或兩級LonWorks控制網;對需要進行遠程監控的系統，或者需要進行大量數據管理工作的系統，可考慮在相鄰接點之間采用LonWorks網，遠程節點之間通過i.Lon1000路由器，實現LonWorks網與TCP/IP網的無縫對接，通過InterNet實現對系統的遠程監控。 　　因此，有兩種不同的體系結構，（1）LonWorks網總線組成的系統。（2）底層為LonWorks總線，頂層為InterNet網。 [align=center] [/align] 3. LonWorks控制器芯片的系統擴展方法 　　在利用神經元芯片設計一個控制系統時，根據我們所設計的系統復雜程度，可考慮采用以下三種不同的IO擴展方法： 　　（1） 神經元芯片通過11個I/O引腳擴展 　　這種方式是一個最小的、最簡單的系統，不需要更多的外部電路，適合用于單各個節點控制量不多的控制系統中，它充分利用神經元芯片本身的11個I/O引腳，實現對系統的擴展，這11個引腳的功能非常靈活，可定義為34種不同的輸入/輸出工作方式，例如： 　　可定義為按字節/半字/位進行輸入、輸出方式。 　　也可定義為串行輸入、輸出口使用。 　　它可以定義為韋根碼輸入口，用來讀寫磁卡。 　　也可以調制輸出的脈沖寬度，用于驅動步進電機。 　　可定義為計數器的輸入口等等。 　　這些靈活多變的使用方式，在工業控制中帶來了極大的便利，如果控制參數不多，可盡量采用這種方式，將會是控制系統非常簡潔。 　　（2） 神經元芯片通過I/O地址擴展接口 　　如果利用神經元芯片本身的11個I/O引腳不能滿足我們的控制要求，可考慮采用通過I/O地址擴展外部接口的結構形式，神經元芯片為我們提供了2K的I/O空間，用他們來擴展我們的I/O接口，實現系統與外部設備的互連。 　　（3） 神經元芯片通過外圍微處理器（單片機/DSP）實現 I/O擴展 　　在有的應用系統中，控制參數比較復雜，可以采用前置機的方式，用一個單片機或DSP芯片專門處理復雜的控制任務，它們通過串口或并口與神經元芯片交換數據，這時神經元芯片主要實現通訊處理功能，大部分控制、數據運算工作全部由前置處理器完成。我們在研制智能化小區家庭控制器的過程中，由于每個節點的功能比較復雜，就采用這種結構形式，以緩解LonWorks控制器芯片的內部資源緊張的矛盾，滿足各節點對復雜任務的要求。 　　這種方式實際上并不是LonWorks系統的設計初衷，Echelon公司在開發LonWorks技術時，更加強調系統的分布性，使每個節點的功能盡可能簡單，由整個網絡協調一個大系統的工作;但是由于價格等方面的原因，目前我們還不可能把一個節點做的如此簡單，因此便不得不采用一種折衷的擴展方法，以降低每個節點的生產成本。 　　在圖3中，TP/FT-10模塊是LonWorks收發器，Neuron TMPN 3150神經元芯片可通過該收發器（TP/FT-10）模塊，實現TTL信號與LonWorks信號的轉換。 4.軟件實現方法 　　LonWorks系統支持C語言編程，稱為Neuron-C，是標準C的子集，并擴展了一條When語句，作為事件驅動的判斷條件，Neuron-C是一個多任務調度程序，可通過多條WHEN語句來描述多個并行驅動的事件，也可以控制處理這些事件的優先級別;只要了解C的基本編程方法，就可以很快地掌握Neuron-C的軟件編程。 　　在LonWorks系統中，數據通訊是在表示層中完成的，在表示層中的數據稱作網絡變量，它可以是單個數據，也可以是數據結構。用網絡變量實現數據通訊簡化了分布式應用的編程，程序員不需要處理報文的緩沖區及收發節點的地址，不用選擇報文處理方式，不用關心底層細節，只要對網絡變量重新賦值，該網絡變量的值將自動地發送到指定的節點。 　　LonTalk通訊協議提供四種基本類型的報文服務：確認（Acknowledge）方式，非確認（Unacknowledge）方式，請求、響應（Request/Response）方式，非確認重復（Unacknowledge repeated）方式，用這些方式，可以滿足不同安全性要求的應用場合。 5.結束語 　　盡管LonWorks技術出現的時間不長，由于它在工業控制中的顯著優點，它的發展異常迅速，目前全球有數千個廠家開發或使用這種技術，行業遍及自動控制、智能樓宇，能源交通等等;近年來，國內在這方面的進展也十分迅速，例如在智能化樓宇領域，前些年各廠家采用485通訊，現在紛紛采用LonWorks總線，估計在未來幾年，LonWorks技術將會有更大的發展。 參考文獻： 　　1：Neuron　chip TMPN3150 參考手冊 Toshiba company 2000.2 　　2. Open System Design Guide Echelon CO. 1999.11