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圖1  典型LonWorks節點的方框圖

    由圖1可見，Neuron神經芯片是節點的核心部分，它包括一套完整的通信協議，即LonTalk協議，從而確保節點間使用可靠的通信標準進行互操作。LonTalk通訊協議遵循ISO/OSI的全部七層模型。Neuron神經芯片內含三個八位CPU：第一個CPU為介質訪問控制處理器，實現LonTalk協議的第1層和第2層；第二個CPU為網絡處理器，實現LonTalk協議的第3層至第6層；第三個CPU為應用處理器，實現LonTalk協議的第7層。

    Neuron芯片的通訊口是一個非常通用的網絡接口，有5個引腳組成，可以設成3種模式：單端模式、差分模式、特殊模式，如表1所示。

表1  網絡通訊口引腳設置模式

    利用這5個引腳，Neuron芯片可以和各種不同通訊介質的LonWorks介質的收發器相連，并且可以覆蓋廣泛的數據傳輸速率。網絡介質收發器為Neuron芯片與Lon網絡之間提供了一個通信接口，或者說在節點和通信媒介之間建立了一個物理接口，這個接口可以對媒介上收發的數據進行編碼和譯碼。對類似雙絞線一類的介質來說，Neuron芯片已經集成了大部分的收發電路，使用時只需附加部分的外部電路即可。而對另外一些介質如電源線和射頻來說，其外部的收發器則要求較高，要支持更復雜的編碼電路。無論對何種介質，LonWorks收發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械和電氣接口。

    LonWorks采用網絡變量的設計方式，包括接口I/O在內所有的信息交換均通過網絡變量進行，這樣給網絡的設計帶來極大方便。LonWorks技術除擁有現場級控制系統所要求的全部特性外，還具有其他現場總線不具有的優點：

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

    (2) 唯一符合ISO/OSI七層網絡協議模型的現場總線系統，在充分考慮控制系統特殊要求的基礎上，建立每一層網絡協議；

    (3) 自由的網絡拓撲結構，靈活而低成本的布線；(4) 無明顯的行業限制，可很好地應用各種智能化管理系統，如樓宇自動化、智能小區等。

3  LonWorks網絡組成與網絡管理

    LonWorks技術包括設計、使用和支持Lon網絡所需的全部工具，主要有：神經元芯片Neuron Chip、神經元芯片編程語言Neuron C、網絡通信協議LonTalk、網絡接口、網絡路由器Router、網絡收發器Transceiver和網絡開發工具LonBuilder（或NodeBuilder）。這些組成LonWorks的基本要素為Lon網絡的設計提供了一個完整的開發環境。FCS系統的設計者可以利用這些平臺設計Lon網絡中的節點并安裝網絡。網絡中采用Neuron芯片的智能節點（可能是傳感器、變送器、執行機構或其他測控設備）之間遵循LonTalk局部操作網絡通信協議，這種遵循LonTalk協議的局部操作網絡就稱為LonWorks控制網絡系統，其結構如圖2所示。

圖2  LonWorks網絡結構示意圖

    目前對LonWorks系統的網絡管理有兩種途徑，一種是使用Visual Control進行網絡管理，這種方法的優點是網絡結構形象逼真，它可以將整個網絡系統以樹型的方式展現在用戶面前，用戶可以方便地增、刪節點和結構分支，并可方便地查看各個節點中網絡變量的數值與狀態。其缺點是網絡較龐大，價格也較昂貴。因為網絡系統只是其中的一部分功能，故實際現場中單作為網絡管理有些不經濟，由于軟件本身的問題，網絡管理系統的故障率較高，有待進一步改進。另一種是使用LonMaker網絡管理軟件，它具有小巧、實用的特點。缺點是系統運行在DOS方式下，界面不太直觀，但在現場管理上比較經濟實用，軟件所占空間小且價格便宜。筆者一般是用Visual Control進行系統設計、自定義模塊的編程，并依靠它將代碼下載到節點的Flash Rom中，然后用LonMaker進行網絡管理。LonMaker是美國ECHELON公司為其現場總線LonWorks配套開發的網絡管理組態軟件，它可以通過對節點內和節點間網絡變量的實時連接，在線完成控制系統的組態，這使人們可以在線重新調整組織控制系統，并可實時修改網絡變量的數值與狀態，以使技術人員能方便地進行現場調試及測試。

4  LonWorks在智能小區安防系統中的應用

    智能小區系統可以通過LonWorks技術互聯成一個整體，使智能小區能實現集中管理、分散控制。運用LonWorks技術可以很容易地實現智能化住宅的所有功能，網絡結構可以采用自由拓撲結構，布線容易。對不同的系統功能要求，網絡結構無需作任何修改，只需對LonWorks節點編寫相應的程序，將其直接連接到控制網絡上，這使得整個智能小區具有很強的可擴展性。智能小區對整個網絡進行監視、控制，對各子系統信息進行采集。用戶不但可以在LonWorks網絡上傳輸控制命令，而且可以在LonWorks網絡上傳輸大量的服務信息，使小區的信息服務功能成為小區智能化控制系統的主要功能。

圖3  LonWorks網絡智能小區通信方案圖

    圖3所標識的連接線路是以LonWorks總線為基礎的智能小區通信線路方案圖，整個系統采用總線拓撲結構。各子系統內部的通信部分均采用雙絞線作為傳輸介質，各節點以總線拓撲形式連接。各子系統分別通過一路由器，整體作為一個節點連接到LonWorks總線上。

    使用一個 i.LON Internet 服務器將LonTalk協議轉換為TCP/IP協議，通過計算機網卡與管理中心計算機通信。當需要多個i.LON Internet 服務器時，可增加集線器、交換機等常規網絡設備。

注意：同一信道上節點數不可超過64個，如節點數超過64個，需要增加信道。方法為：

    (1)  在i.LON Internet 服務器后級增加路由器，通過每臺路由器將N（1<N<64）個節點作為一個節點連接到總線上；

    (2)  增加網絡交換機及i.LON Internet 服務器，達到增加信道，進而提高節點容量的目的。

    當系統總的節點數不超過64個時，可以不使用路由器，直接將節點設備掛在總線上。

5  結語

    LonWorks技術已經成為小區智能化系統的基本規范。LonWorks網絡非常容易與其他網絡實現互連，可以實現遠程操作和控制。LonWorks開放式、可互操作性、成熟和低成本的特點，使得眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網絡方案中采用LonWorks技術。另外，對于最終用戶來說，項目的初期投資大為減少，系統管理簡單，增加新功能又十分簡便，由此可以推斷，LonWorks控制網絡技術在智能小區中的應用將會越來越為人們重視和推廣。