第六次課 Lon總線

工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)主講陳青林

本次課主要內(nèi)容LonWorks技術(shù)核心元件--神經(jīng)元芯片的結(jié)構(gòu)特點LonTalk通信協(xié)議LonTalk的介質(zhì)訪問控制LonWorks的互操作性LonWorks的開發(fā)工具LNS技術(shù)面向?qū)ο蟮木幊陶Z言－－NeuronC

5.2.2LON總線分散式通信控制處理器—神經(jīng)元芯片1.處理單元該芯片內(nèi)部裝有三個微處理器：MAC處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器。2.存儲器

MC143150存儲器的分配包括：

512bytesEEPROM；網(wǎng)絡(luò)配置和地址表；獨一無二的48位神經(jīng)元ID碼；用戶應(yīng)用程序代碼和一般只讀的數(shù)據(jù)；

2048bytesRAM；堆棧段、應(yīng)用程序和系統(tǒng)程序的數(shù)據(jù)區(qū)；

LonTalk協(xié)議應(yīng)用緩沖區(qū)和網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)；最多64kB存儲器地址空間，但處理器提供外部存儲器接口能夠訪問到的是59392bytes；而剩下的6114字節(jié)是作為系統(tǒng)內(nèi)部映射。

16384字節(jié)的外部存儲器用于存儲LON的操作系統(tǒng)； 剩下的空間可作為用戶編寫的應(yīng)用代碼，以及應(yīng)用程序所需要的額外讀寫數(shù)據(jù)區(qū)、應(yīng)用緩沖區(qū)和網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)。3．輸入/輸出神經(jīng)元芯片和其他設(shè)備的互連是通過它的11個I/O□－－IO0～IO10。這些管腳可以根據(jù)不同外部設(shè)備I/O的要求，靈活地配置輸入輸出方式。神經(jīng)元芯片定時/計數(shù)器外部連接圖4.通信端口

單端模式差分模式專用模式5.時鐘系統(tǒng)6.睡眠/喚醒機制7.ServicePin8.Watchdog定時器

單端模式差分方式的通訊口配置框圖四.通信線路和設(shè)備雙絞線收發(fā)器1.直接驅(qū)動2.EIA-485五.LonWorks通信協(xié)議－－LonTalk

LonTalk協(xié)議的特點:LonTalk協(xié)議是為LON總線設(shè)計的專用協(xié)議，它具有以下特點：發(fā)送的報文都是很短的數(shù)據(jù)(通常幾個到幾十個字節(jié))；通信帶寬不高(2Kbps到2Mbps)；網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點往往是低成本、低維護的單片機；多節(jié)點，多通信介質(zhì)；可靠性高；實時性高。2LonTalk七層協(xié)議3LonTalk協(xié)議物理層協(xié)議

適應(yīng)不同的通信介質(zhì)，如： 雙絞線(twisted-pair)、電力線(powerline)、無線電(radio-frequency)、紅外線(infrared)、同軸電纜(coaxialcable)、光纖(fiber)甚至是用戶自定義的通信介質(zhì)。支持不同的數(shù)據(jù)解碼和編碼，如： 通常雙絞線使用差分曼切斯特編碼、電力線使用擴頻、無線通信使用頻移鍵控(FSK)。4LonTalk協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)及對大網(wǎng)絡(luò)的支持網(wǎng)絡(luò)地址可以有三層結(jié)構(gòu)：域(Domain)、子網(wǎng)(Subnet)和節(jié)點(Node)報文地址結(jié)構(gòu)圖5MAC子層5.6LonWorks的互操作性

可互操作網(wǎng)絡(luò)的外部端口

---應(yīng)用層端口

幾個主要部分組成：

1節(jié)點對象在一個節(jié)點內(nèi)，節(jié)點對象用于對詢問對象方式、報告對象狀態(tài)提供支持。節(jié)點對象包括與節(jié)點有關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)變量和結(jié)構(gòu)參數(shù)。2LonMark對象LonMark對象為應(yīng)用層提供了可互操作性的基礎(chǔ)。LonMark對象描述了信息如何輸入節(jié)點、如何從節(jié)點輸出、如何與網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點共享信息的標準格式。3標準網(wǎng)絡(luò)變量類型

使用標準網(wǎng)絡(luò)變量類型(SNVT)能使不同制造商的產(chǎn)品通過建立標準數(shù)據(jù)傳送模式正確地翻譯、傳遞數(shù)據(jù)。例如，一個以熱敏電阻為基礎(chǔ)的溫度傳感器可以與一個以熱電偶為基礎(chǔ)的溫度傳感器互換，如果它們都能產(chǎn)生經(jīng)過校準的、類型為SNVT-temp的溫度值的話。

4數(shù)據(jù)傳送

LonTalk文件傳送協(xié)議只適用于數(shù)據(jù)文件的通信。數(shù)據(jù)文件必須以32字節(jié)的報文傳送(不包括協(xié)議頭)，窗口尺寸為6。5結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)用開發(fā)者在安裝過程中可以選擇設(shè)置結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)構(gòu)類型的網(wǎng)絡(luò)變量能用于相對少量的結(jié)構(gòu)信息，這樣做具有網(wǎng)絡(luò)變量的長處，例如：可以自我識別、自我記錄、外接口文件的支持，并有發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的簡化方法。對于大量的結(jié)構(gòu)信息，配置節(jié)點更簡單的方法是使用結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)是用LonTalk文件傳送協(xié)議裝入節(jié)點或由網(wǎng)絡(luò)管理讀/寫指令訪問存儲器得來的，結(jié)構(gòu)參數(shù)的使用能釋放網(wǎng)絡(luò)變量和以神經(jīng)元芯片作為主處理器的應(yīng)用程序所占用的EEPROM。

5.7LonWorks開發(fā)工具

LonBuilder是LonWorks技術(shù)中最主要的一個開發(fā)工具它分為以下幾部分：(1)節(jié)點開發(fā)器

(2)網(wǎng)絡(luò)管理器

(3)協(xié)議分析器和報文統(tǒng)計器

(4)例子程序和開發(fā)板

2LonManager工具

LonManager主要由一系列的軟件開發(fā)包和接口卡組成，它包括：LonManagerDDE，LonManagerProfile和LonMaker，LonManager協(xié)議分析儀。

LonManagerDDE:主要針對將Windows系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點，該軟件能讓W(xué)indows下開發(fā)應(yīng)用軟件通過DDE接口方便地發(fā)送或接收網(wǎng)絡(luò)變量。

LonManagerProfile和LonMaker，由于LonBuilder不便于攜帶，所以，LonManagerProfile和LonMaker可以替代LonBuilder作為現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)安裝工具，Profile完成節(jié)點的映像，LonMaker則完成網(wǎng)絡(luò)的安裝配置、維護和監(jiān)測。

LonManager協(xié)議分析儀替代LonBuilder協(xié)議分析器和報文統(tǒng)計器，作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析統(tǒng)計。3硬件接口卡

在LonWorks開發(fā)工具中還包含硬件接口卡，它主要完成主機和神經(jīng)元芯片進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。例如，在LonManagerDDE中，通過PCLTA(PCLonTalkAdaptor)和LON網(wǎng)交換數(shù)據(jù)。在LonManager協(xié)議分析儀中通過PCC-10(PCMCIA接口)或PCLA(PCLonTalk)和LON網(wǎng)接口。5.8LNS技術(shù)

LNS(LonWorksNetworkService)是Echelon公司最新開發(fā)出來的LON總線的開發(fā)工具，它提供給用戶一個強大的客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，是未來LON總線的可互操作性基礎(chǔ)。使用LNS提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可以保證從不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上提供的網(wǎng)絡(luò)管理工具可以一起執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)安裝、網(wǎng)絡(luò)維護、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測；而眾多的客戶則可以同時申請這些服務(wù)器所提供的網(wǎng)絡(luò)功能。

采用LON總線結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)六.面向?qū)ο蟮木幊陶Z言－－NeuronC

NeuronC是一種編程語言，它以ANSIC為基礎(chǔ)，專門為神經(jīng)元芯片而設(shè)計，同時加入通信、事件調(diào)度、分布數(shù)據(jù)對象和I/O功能，是編寫神經(jīng)元芯片程序的最為重要的工具。

NeuronC支持ANSIC的定義類型(typedefs)、枚舉類型(enums)、數(shù)組類型(arrays)、指針類型(pointers)、結(jié)構(gòu)類型(structs)和聯(lián)合類型(unions)。

網(wǎng)絡(luò)變量

應(yīng)用程序可以定義一個特殊的靜態(tài)對象類－－網(wǎng)絡(luò)變量，這些網(wǎng)絡(luò)變量可以是整型、字符型或結(jié)構(gòu)等類型。網(wǎng)絡(luò)變量可以與一個或多個其他節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)變量互連。網(wǎng)絡(luò)變量從通信的角度分為輸入或輸出，對于一個輸入的網(wǎng)絡(luò)變量可以和其他節(jié)點的多個輸出的網(wǎng)絡(luò)變量互連而對于一個輸出的網(wǎng)絡(luò)變量也可以和其他節(jié)點的多個輸入的網(wǎng)絡(luò)變量互連，值得注意的是輸出和輸出或輸入和輸入是不能互連的。

節(jié)點的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)變量進行共享，一個節(jié)點輸出的網(wǎng)絡(luò)變量更新，而所有與之相連的其他節(jié)點的輸入網(wǎng)絡(luò)變量也相應(yīng)地更新。

應(yīng)用實例：T21/22次京滬高檔車LonWorks網(wǎng)絡(luò)列車監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)控對象：

1）列車各節(jié)車廂的空調(diào)總電流（含制冷、采暖工況）、故障顯示、溫度顯示、空調(diào)集控、溫度設(shè)定；2）車廂的供電、照明工況和控制；3）塞拉門工況、塞拉門故障；4）軸溫報警器；5）防滑器；6）煙火報警器；7）列車管壓力、制動支管壓力。T21/22網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

列車主控計算機及其網(wǎng)關(guān)軸溫集中轉(zhuǎn)換器FSK軸報器車廂級LonWorks空調(diào)網(wǎng)關(guān)空調(diào)控制器車門網(wǎng)關(guān)車門控制器煙火網(wǎng)關(guān)煙火報警器防滑網(wǎng)關(guān)防滑器供電供電監(jiān)控器照明制動1#車代理節(jié)點20#車代理節(jié)點軸報器車廂級LonWorks空調(diào)網(wǎng)關(guān)空調(diào)控制器車門網(wǎng)關(guān)車門控制器煙火網(wǎng)關(guān)煙火報警器防滑網(wǎng)關(guān)防滑器供電供電監(jiān)控器照明制動列車級LonWorks主控計算機主控計算機是整個列車監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，負責(zé)向各節(jié)車廂發(fā)送控制命令，接收監(jiān)控對象的信息，顯示所有監(jiān)控對象的狀態(tài)，實時記錄全部車廂的數(shù)據(jù)。LON/RS-I型主機網(wǎng)關(guān)負責(zé)LonWorks/RS232信號轉(zhuǎn)換任務(wù)。

全車狀態(tài)顯示界面是以表格的形式顯示全部車廂的防滑系統(tǒng)狀態(tài)、軸溫、制動缸狀態(tài)、列車管壓力、煙火報警、供電、照明、充電器、漏電保護、用電安全記錄、空調(diào)機組工況、車廂內(nèi)溫度以及車門狀態(tài)等。單車狀態(tài)顯示以數(shù)字、指示燈和數(shù)字儀表的形式，更詳細、直觀地顯示單節(jié)車廂各系統(tǒng)的狀態(tài)。車輛運行記錄自動保存到磁盤上，供地面人員查看和打印。軟件界面供電監(jiān)控器

供電監(jiān)控器負責(zé)監(jiān)視車廂供電及照明系統(tǒng)的狀態(tài)、測量空調(diào)機組的電壓、電流值及蓄電池電壓、充/放電電流值和制動管壓力值，用撥碼盤設(shè)置車廂號。并通過網(wǎng)絡(luò)將這些信息傳遞給列車主機。供電監(jiān)控器還可接收主機發(fā)出的供電、照明控制命令，控制相應(yīng)接觸器的開、關(guān)，實現(xiàn)供電和照明的集中、遠程控制。能大大減少車輛乘務(wù)員的工作量。應(yīng)用情況：T21/22次正式運營后，本監(jiān)控系統(tǒng)從2001年10月27日開始使用。從實際應(yīng)用效果看，