摘要：LON控制網絡技術的核心是Neuron神經元芯片，同時具備通訊與控制功能。如何有效利用Neuron神經元芯片實現節點控制功能的擴展，構建更強大的控制網絡極為重要。
關鍵詞：LonWorks，Neuron芯片，功能擴展，Neuron C
一、概述
LonWorks技術是一種開放系統互連（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、互操縱性設計原則，為現場總線的設計與發展提供了一個良好的典范。
Neuron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。
二、LonWorks技術特點介紹
在很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，不會因一個節點的失效導致整個系統癱瘓，從而提高了整個控制系統的可靠性。
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、環形及自由拓撲。LonWorks技術可以采用各種通訊介質，包括雙絞線、光纖、電力線載波、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技術具有很多優點：
（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；
?。?FONT face=Verdana>3）采用Predictive P-Persistant CSMA （猜測時間槽-載波監聽多路訪問）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；
?。?FONT face=Verdana>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，大大地進步了通訊的可靠性；
（5）采用短包結構，進步通訊的抗干擾能力，進步了通訊的實時性，采用可變長數據幀，每幀數據長度從0-228個字節；
?。?FONT face=Verdana>6）有兩種通訊速度：78KBps,1.25MBps；
?。?FONT face=Verdana>7）78KBps/s雙絞線通訊距離達2700m；1.25MBps/s雙絞線通訊距離達130m；
?。?FONT face=Verdana>8）同一個網上的節點數可以達到32000個。
三、 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64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治理工作的系統，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、i.Lon SmartServer智能服務器（亦稱LonWorks網絡控制器），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。
四、Neuron神經元芯片的功能擴展方法
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：
?。?FONT face=Verdana>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，適用于單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，在產業控制中帶來了極大的便利，假如控制參數不多，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
假如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，更加夸大系統的分布性，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。
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。
五、軟件支持
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，作為事件驅動的判定條件，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，就可以很快地把握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。
