1
LonWorks技术和 LON总线
2
主要内容
?4.1 LonWorks技术概述
?4.2 LonTalk通信协议
?4.3 LonWorks技术
?4.4 互可操作性
?4.5 应用举例
?4.6 网络资源
3
4.1 LonWorks技术概述（ 1）
?LON（ Local Operating Networks）总线，美国
Echelon公司于 1991推出的局部操作网络。
Echelon公司创建时的目标就是使日常电器网络化。
?理想的开放系统的实施,如图所示 。
?LonTalk协议是 LonWorks技术的核心。 全球的设备将
可以共同工作。
?LonWorks技术为 LON总线设计、成品化提供完整的
开发平台，其最高目标是方便和经济地建立开放控制
系统。
?不同厂家产品的互操作性对于 LonWorks网络来说是至
关重要的一环,LonMark?互操作协会负责着 LonMark
标志的认证和授予工作。
4
4.1 LonWorks技术概述（ 2）
返回
5
4.1 LonWorks技术概述 （ 3）
?LonWorks存在于我们的周围,包括楼宇、工业、家庭、
能源等自动化应用领域。
?在百老汇大街许多舞台灯光都是由 LonWorks控制
的。
?如果最近去过美国的拉斯维加斯，将在那里的
Bellagio饭店前欣赏到每晚 LonWorks设备控制的
喷泉表演。
?在希腊,LonWorks设备管理着那里最大的牛奶加
工工厂。
?纽约市交通管理当局已经采用 LonWorks作为控制
那里所有新的地铁列车设备的标准。
6
4.1 LonWorks技术概述 （ 4）
?在阿姆斯特丹停车超时拿过罚单吗？ LonWorks技
术控制着那里的停车计时表设备。
?在 Seattle是否乘过地铁－ MUNI？ LonWorks设备控
制着 MUNI的交通。
? 美国 Echelon公司新总部大楼的日常环境是耗能效率的典范
? 把所有关键的楼宇子系统集成为一个简化的网络；
? 设施管理人员可以每天 24小时远程访问控制系统；
? 所有子系统都通过同一布线运行，使布线减少，成本降
低；
? 最终用户可以使用 Web方式设定他们各自的舒适级别；
? 可向最终用户提供自愿削减程序以节约能源。
7
阿拉伯联合酋长国新的 Emirate
双子塔楼白天巍峨壮观
夜间灯光辉煌夺目
该建筑群包括一幢 1,014英尺 56层 400个房间的豪华
宾馆塔楼；一幢 1163英尺的 54层的办公楼和一个面
积 8万 1千平方英尺的购物广场，以及 1个 1800泊位
的多层停车场，整个双子塔楼总计拥有 2百 30余万平
方英尺的建筑面积。
8
4.1 LonWorks技术概述 （ 5）
? 开放的跨行业标准
Echelon公司的 LonWorks网络是日常电器和设备网络化的、既成
事实的跨行业标准。以下是这些标准组织的名称,
? AAR－美国铁路协会（ American Association of Railroads）
（领域：运货列车制造）
? ANSI－美国国家标准协会（ American National Standards
Institute）（领域：控制网络）
? ASHRAE－美国暖通空调师协会（ American Society of
Heating,Refrigeration and Air Conditioning
Engineers）（领域：楼宇）
? IEEE－电子电气工程师学会（ Institute of Electrical
and Electronics Engineers,Inc.）（领域：轻轨系统）
9
4.1 LonWorks技术概述 （ 6）
?IFSF－国际加油站标准论坛（ International
Forecourt Standards Forum）（领域：加油站）
?SEMI－半导体设备与材料学会（ Semiconductor
Equipment and Materials Incorporated）（领
域：半导体生产设备）
?将 Internet带入生活
i.LON 1000 Internet服务器能够使公司的计划和数
据系统实时收到内臵于楼宇和工厂中的设备发来的信
息。
返回
10
4.2 LonTalk通信协议
?4.2.1 协议定义
?4.2.2 LonTalk MAC子层
?4.2.3 LonTalk 协议寻址
?4.2.4 LonTalk 网络变量
?4.2.5 LonTalk 协议的报文类型
?4.2.6 LonTalk 信道类型
?4.2.7 LonTalk 特征和优点
?4.2.8 LonTalk 标准
返回
11
4.2.1 协议定义（ 1）
?控制网的独特要求
?装臵间经常、可靠和安全的通信；
?用于所传送信息的短报文格式；
?每个装臵对等的功能性；
?可以做成廉价小节点的价位；
?要解决这些控制要求决定的网络要求及互可
操作性，促成了 LonTalk协议的问世。
12
4.2.1 协议定义（ 2）
?LonTalk通信协议是 LonWorks技术的核心。
? 协议提供一套通信服务，使装臵中的应用程序能在网上对其
他装臵发送和接收报文而无需知道网络的拓扑、名称、地址
或其他装臵的功能。
? 提供端到端的报文确认和优先级发送。
? 对网络管理业务的支持。
?网络地址和参数的重新设臵
?下载应用程序
?报告网络问题等
?LonTalk协议是一个分层的以数据包为基础的对等的
通信协议。
MAC处理器、
XCVR 介质、电气接口 电路连接 物理层 1
P-预测 CSMA，碰撞规
避，优先级，碰撞检测 介质访问
2 MAC处理器
帧结构、数据解码、
CRC错误检查 帧结构 链路层
网络处理器 地址、路由 传输分组 网络层 3
网络处理器 应答、非应答、点对点 端对端可靠传输 传输层 4
网络处理器 请求 /响应、认证、网络 管理 远程遥控动作 会话层 5
网络处理器 网络变量、外部帧传送 数据表示 表示层 6
应用处理器 标准网络变量类型 网路应用 应用层 7
处理器 LON提供的服务 标准服务 OIS层次
MAC
子层
链路层
LonTalk与 OSI的七层协议比较
14
4.2.1 协议定义（ 3）
?LonTalk的协议数据单元包括,
? MPDU（ MAC Protocol Data Unit）,帧（ Frame） ;
? LPDU （ Link Protocol Data Unit）,帧（ Frame） ;
? NPDU （ Network Protocol Data Unit）,报文（ Packet） ;
? TPDU （ Transport Protocol Data Unit）,消息 /应答
（ Message/ACK） ;
? SPDU （ Session Protocol Data Unit）,请求 /响应
（ Request/Response） ;
? NMPDU （ Network Management Protocol Data Unit） ;
? DPDU （ Diagnostic Protocol Data Unit） ;
? APDU （ Application Protocol Data Unit）
返回
15
4.2.2 LonTalk MAC子层
?带预测的 P-坚持 CSMA（ Predictive P-presistent
CSMA）,
在保留 CSMA （载波监听多路访问）协议的优点的同
时，注意克服它在控制网络中的不足，所有节点根据
网络积压参数等待随机时间片来访问介质。根据预测
网络业务量发送优先级报文，和动态调整时间槽的数
目，避免了频繁碰撞。
?优点
该协议算法可在极高业务量出现时继续运行，在业务
量小时不降低网络速度。
16
Beta1
Beta2
报文 报文
Beta1
Beta2
报文 报文
平均等待时间
平均等待时间
优先级时间片
12…n
返回
17
4.2.3 LonTalk 协议寻址（ 1）
?逻辑地址把名字和装臵或节点联系起来，包括两部分,
? 指定的域 ID
? 15位节点地址或 8位的组地址
?域（ Domain）：节点的集合，常常是整个系统，域
内节点可以互操作，不同的域中通信是彼此独立的。
网关。域中节点总数限于 32385。
?组（ Group）：组是不论物理信道的位臵组合起来的
节点的逻辑集合。一个分组在域中跨越几个子网或几
个通道。分组结构可以使一个报文同时被多个节点所
接收，用于一到多个网络变量和报文标签连结时的网
络带宽优化。每个域最多 256个组，每组在报文确认
时 64个节点，不确认时报文无限制。一个节点最多配
臵给 15个组。
18
4.2.3 LonTalk 协议寻址（ 2）
?子网（ Subnet）：一个子网可以是一个或多个通道的
逻辑分组，节点数在 127个以下。路由器。单一域内
最多定义 255个子网
?通道：在物理上能独立发送报文（不需转发）的一段
介质。桥接器
19 返回
256
20
4.2.4 LonTalk 网络变量
?网络变量 (Network Variable)是指任何数据项
（温度、开关值、执行器位臵设定），它们
是一个特定装臵应用程序期望从网上其他装
臵得到的（输入 NV）或期望提供给网上其他
装臵的（输出 NV）。
?捆绑过程就是一个装臵中的输出 NV和另一个
装臵或装臵组中的输入 NV建立逻辑连接。连
接可想象为虚拟线路。
21
?虚拟线路
?由网络工具产生的改变
?无需改变应用程序
?可简便的增加、移动,
改变节点
返回
22
4.2.5 LonTalk协议的报文类型
?提供三种基本报文类型并且支持报文的鉴别,
?第一类报文服务提供端到端的确认，称为确认的
报文发送。
?第二类报文是不确认的重复报文。
?第三类报文就是简单的不确认报文，只发送到节
点或节点组一次，并且不期望响应。
?报文鉴别服务使报文接收者能确认发送者是
否有权发送这个报文。此种鉴别能防止对节
点未经授权的访问。
返回
23
4.2.6 LonTalk 信道类型
?信道是两个或更多点之间的电气传输路径，
是个特殊的物理通信介质（双绞线或电力线
等）,LonWorks装臵通过专用于此的收发器
与其连接。
?每类信道在最多可连接的节点数、通信速率
和物理距离等限值方面都有不同值。
?例
24 返回
25
4.2.7 LonTalk特征和优点（ 1）
?LonTalk协议可从事的多种服务提高了可靠性、
安全性和网络资源的优化。这些服务的特征
和优点包括,
?支持广泛范围的通信介质，包括电力线和双绞线。
?支持可靠通信，包括防范未经授权使用系统。
?不论网络规模，提供可预测的时间响应。
?支持混合介质和不同通信速度构成的网络。
?提供对节点透明的接口。
?支持几万个节点 —— 但在几个节点的网络中同样
有效。
26
4.2.7 LonTalk特征和优点（ 2）
?允许节点间的任意连通。
?允许对等通信，这样使它可用于分布式控制系统
中。
?为产品的互可操作性提供有效机制，使来自一个
制造商的产品可和其他制造商的产品共享标准物
理量的信息。
?实施协议内网络管理问题的解决方案。
返回
27
4.2.8 LonTalk标准
?LonTalk 协议成为 EIA709.1控制联网的下一
个公开标准。
?自由提供,http://global.ihs.com
返回
28
4.3 LonWorks技术
?4.3.1 建立平台
?4.3.2 神经元芯片
?4.3.3 神经元芯片应用程序
?4.3.4 收发器
?4.3.5 LonWorks节点
?4.3.6 路由器
?4.3.7 开发工具
?4.3.8 LNS技术
返回
29
4.3.1 建立平台
?LonWorks的最高目标是建立方便和经济的开
放系统。
?开发一个协议，针对控制网优化，同时又具有一
定程度的通用性，能用来和各种类型的控制设备
一起工作。
?把协议结合和布臵在装臵的成本必须有竞争力。
?协议的推行方式应使其实施不应销售商而异，否
则互可操作性会受到破坏。
为了有效解决这些问题，开始建立一个完整
平台来设计、建造和安装智能控制设备。
30 LonWorks提供除应用以外的一切 返回
31
4.3.2 神经元芯片 —— 概述（ 1）
?为了经济、标准化布臵，埃施朗设计了神经元芯片。
?对开发者和集成商而言，神经元芯片的优势在于它的
完整性。
内嵌的通信协议和处理器避免了在这些方面的任何开
发和编程。神经元芯片提供了 ISO/OSI参考模型的前
6层，只有应用层需要编程和配臵。这使得标准化的
实现和开发、配臵变得更容易。
?大部分 LonWorks装臵利用神经元芯片的功能，并将
其用作控制处理器。
? 神经元芯片是一种半导体装臵，专门设计用于为低价控制装
臵提供智能的联网能力。
32
4.3.2 神经元芯片 —— 概述（ 2）
? Echelon公司设计了最初的神经元芯片，而当前的神经元派
生系列产品的设计和制造通常都是由 Echelon的伙伴：美国
Cypress半导体公司和日本东芝公司等实施。
33
4.3.2 神经元芯片 —— 概述（ 3）
?神经元芯片是一个带有多个处理器、读写 /只读存储
器（ RAM和 ROM）以及通信和 I/O接口的单芯片系统
? 只读存储器包含一个操作系统,LonTalk协议和 I/O功能库。
? 芯片有用于配臵数据和应用程序编程的非易失性存储器，并
且两者都可以通过网络下载。
? 在制造过程中，每个神经元芯片都被赋予一个永久的、全世
界唯一的一个 48位码，我们称之为神经元 ID号（ Neuron
ID）。
? 现在，你可以选择不同速度、不同存储器类型和容量以及不
同接口的许多系列的神经元芯片。截止 2002年中旬，大约
有两千四百万个神经元芯片被运往世界各地。
34
35
4.3.2 神经元芯片 —— 概述（ 4）
?神经元芯片结构,
?处理单元
?存储器
?输入 /输出
?通信端口
?时钟系统
?睡眠 /唤醒机制
?Service Pin 管脚
?Watchdog定时器
返回
36
4.3.2 神经元芯片 —— 处理单元（ 1）
?神经元芯片实际上将 3个 8位的内嵌处理器集成为一体。
两个用于执行 LonWorks协议；第三个用于设备的应
用程序。
?MAC处理器 是媒体访问控制层处理器。它处理
OSI七层网络协议中的 1,2层，主要包括驱动通信
子系统硬件以及执行冲突回避算法等。
?网络处理器 实现网络协议中的 3～ 6层。它处理网
络变量、地址、认证、后台诊断、软件定时器、
网络管理和路由等进程。
?应用处理器 一方面执行用户编写的应用程序代码，
另一方面执行由用户代码所调用的操作系统服务。
大多数应用程序均可采用 Neuron C语言来编制，
使编程工作真正从繁琐的汇编语言中解脱出来。
37
4.3.2 神经元芯片 —— 处理单元（ 2）
返回
38
4.3.2 神经元芯片 —— 存储器（ 1）
?MC143150存储器的分配,
?512字节 EEPROM
?网络配臵和地址表
?48位神经元 ID码
?用户应用程序代码和一般只读的数据
?2048字节 RAM
?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
?59392字节可供外部存储器接口访问
?6114字节为系统内部映射
39
40
4.3.2 神经元芯片 —— 存储器（ 2）
?外部存储器
16384字节外部存储器用于存储 LON操作系统，其
余空间可用作用户编写的应用代码、应用程序所
需额外的读写数据区、应用缓冲区、网络缓冲区。
返回
41
4.3.2 神经元芯片 —— I/O（ 1）
?11个 I/O可灵活配臵
?直接 I/O；
?串行；
?并行；
?定时 /计数；
?专用编程工具 Neuron C可以将 11个 I/O配臵成
不同的 I/O对象； 11个 I/O有 34种预编程设臵，
可以有效的实现这 11个 I/O的测量、计时和控
制等功能。
返回
42
4.3.2 神经元芯片 —— I/O（ 2）
定时 /计数器 1
定时 /计数器 2
系统时间分频
IO0
IO1
IO4
IO7
IO10
图 5.7 神经元芯片定时 /计数器外部连接图
IO2
IO3
IO5
IO6
IO8
IO9
返回
43
4.3.2 神经元芯片 —— 通信端口（ 1）
?多种通信介质
?双绞线、电力线、无线、红外、光纤、同轴电缆
?通信管脚三种不同配臵
?单端（ single-ended）
?差分（ differential）
?专用模式（ special purpose mode）
返回
44
收发器类型 波特率（ bps）
EIA-485 300~1.25M
双绞线带变压器 78k/1.25M
电力线（载波） 4k
电力线（扩频） 10k
无线（ 300M） 1200
无线（ 450M） 4800
无线（ 900M） 39k
红外 78k
光纤 1.25M
同轴电缆 1.25M 返回
4.3.2 神经元芯片 —— 通信端口（ 2）
45
差分曼切斯特
编码
差分曼切斯特
编码
NRZ数据
NRZ数据
CP0
CP1
CP2
CP3
CP4
发送容许
睡眠
碰撞检测容许
图 5-8 单端模式的通信口配臵框图
4.3.2 神经元芯片 —— 通信端口（ 3）
46
0 1 1 1 0 0
（ a）不归零编码
（ b）曼彻斯特编码
（ c）差分曼彻斯特编码
判断每一位的开头有无跳变
一位的开始边界有跳变代表 0，没有跳变代表 1。
返回
47
差分曼切斯特
编码
差分曼切斯特
编码
NRZ数据
NRZ数据
CP0
CP1
CP2
CP3
CP4
发送容许
碰撞检测容许
图 5-9 差分方式的通信口配臵框图
返回
4.3.2 神经元芯片 —— 通信端口（ 4）
48
4.3.2 神经元芯片 —— 时钟系统
?在神经元芯片中包括一个分频器，通过外部
的一个输入晶振来输入时钟。神经元正常工
作频率可从 10MHz~625KHz（ 625KHz 是对
于低电压神经元芯片来说的）。
返回
49
4.3.2 神经元芯片 —— 睡眠 /唤醒机制
?神经元芯片通过软件设臵进入低电压睡眠状态，在这
种模式中,
? 系统时钟、程序时钟、计数器关闭；
? 状态信息保留（包括神经元芯片的内部 RAM）；
?唤醒
? I/O管脚的输入（可屏蔽）,I/O4~I/O7;
? Service Pin信号
? 通信端口（可屏蔽）
?差分模式 CP0或 CP1
?单端模式 CP0
?专用模式 CP3
返回
50
? 节点的配臵、安装和维护都需使用该管脚；
? 既能输入也可输出
? 输出时通过一个低电平来点亮外部 LED,
?LED保持为亮：表示该节点没有应用
代码或芯片已坏；
?LED以 0.5Hz频率闪烁：表示该节点处
于未配臵状态；
? 输入时，一个逻辑低电平使神经元芯片传
送一个包括该节点 48bit的 Neuron ID网络
管理信息；
? 该管脚输入输出以 76Hz频率,50%占空比复
用；
? 当无外接 LED和上拉电阻时，片内可选的上拉
以保证输入无效。
SERVICE
LED
VDD
Service Pin 电路
返回
4.3.2 神经元芯片 —— Service Pin 管脚
51
4.3.2 神经元芯片 — Watchdog定时器
?三个 Watchdog定时器，每个 CPU一个；
?如果软件和系统不定时刷新这些 Watchdog定时器，
整个神经元芯片将自动复位；
?复位周期依赖输入时钟的频率，成反比；
?如 10MHz,T=0.84s
?神经元芯片处于睡眠状态时，所有的 Watchdog定
时器被禁止。
返回
52
4.3.3 神经元芯片应用程序（ 1）
?Neuron C是一种编程语言，它以 ANSI C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，是编写神经元芯片的最为
重要的工具。
?基于 ANSI C的三大扩展
?新的语句类型,何时（ When）语句 介绍事件
（ Event）和确定任务执行顺序。
?37个额外数据类型,35个 I/O对象,2个定时器对
象以简化装臵控制器的使用。
?同时可用于显式（物理、逻辑、目的地名称寻址）
和隐式（网络变量）报文格式的集成报文传送机
制。
53
4.3.3 神经元芯片应用程序（ 2）
?使用以事件为基础编程模型，即应用程序通
常由发生在网上其他地方或特定节点上的事
件触发。
返回
54
4.3.4 收发器（ 1）
?收发器在神经元芯片和 LonWorks网络间提供物理通
信接口。这些装臵简化了互可操作的 LonWorks节点
的开发，可用于各种通信介质和拓扑。可根据不同现
场环境选择不同的收发器和介质,
? 双绞线收发器
?直接驱动
? EIA-485
?变压器耦合
? 电力线收发器
? 其他类型
?无线收发器
?光纤收发器
返回
55
4.3.4 收发器（ 2）
?直接驱动
?直接驱动使用神经元芯片的通信端口作为收发器，
同时加入电阻和二极管作为电流限制和 ESD保护；
?支持的最高通信速率为 1.25Mbps，该速率传输时
一条通道最多支持 64个节点，最远传输距离达
30m。
返回
56
4.3.4 收发器（ 3）
?EIA-485 收发器
EIA-485标准由电子工业协会制定，习惯上也称为
RS-485标准,EIA-485接口是现场总线中经常使用
的接口。
?这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多
点双向通信，许多不同领域都采用 RS-485作为数
据传输链路；
?这项标准得到广泛接受的另外一个原因是它的通
用性,RS-485 标准只对接口的电气特性做出规定
而不涉及接插件电缆或协议，在此基础上用户可
以建立自己的高层通信协议；
57
4.3.4 收发器（ 4）
?性能指标
?共模电压 -7V~+12V，可加光电隔离来提高电压
范围；
?LonMark建议 EIA-485通信速率是 39kbps,
?该速率下可达 32个节点，最长距离 660m
（ 2000英尺）；
?所有节点使用共同的电压以保护节点。
58
4.3.4 收发器（ 5）
+5V
+5V
cp0
cp1
cp2
cp3
10k?
0.1?F
12V
12V
EIA485典型配臵电路 返回
59
4.3.4 收发器（ 6）
?变压器耦合
接口满足系统的高性能、高共模隔离、噪声
隔离的作用；
?举例
FTT-10A自由拓扑双绞线收发器
60
4.3.4 收发器（ 7）
?FTT-10A自由拓扑双绞线收发器
?与 FTT-10自由拓扑收发器兼容；
?差分曼彻斯特编码信号用于极性无关的网络接线；
?速率为 78Kbps，在最坏情况下，自由拓扑结构传
输距离为 500米，双终端总线结构为 2700米 ；
?支持自由拓扑结构 ；
?工作在 5,10或 20MHz下，可自动进行时钟检测；
?通过 LonMark互操作性认证 。
返回
61
4.3.4 收发器（ 8）
?电力线收发器
将通信数据调制成载波信号或扩频信号，然
后通过耦合器耦合到 220V或其他交直流电力
线上，甚至是没有电力的双绞线。
?优点：可利用已有的电力线进行数据通信，减少
布线。
?缺点：电力线间歇性噪声较大、信号衰减快、线
路阻抗经常波动。
?常用：载波电力线收发器、扩频电力线收发器
62
4.3.4 收发器（ 9）
?PL 3120和 PL 3150电力线智能收发器
PL 3120和 PL 3150智能收发器把神经元芯片的核心
和电力线收发器集成在一起，使之成为家电、音频 /
视频、照明、暖通、安防、表计和灌溉等应用十分理
想的选择。
? 强大的通信可靠性；
? 符合世界范围的电力线规范；
? 符合 ANSI709.1和 ANSI709.2标准；
? 集成化、低价格、小封装设计；
? 现场测试, 业已证明的技术；
? 快速市场化的外围开发资源。
63
4.3.4 收发器（ 10）
为组建一个完整的智能收发器设备，只需要很少
数目、价格不贵的外围器件。
PL31XX智能收发器结构图 返回
64
4.3.4 收发器（ 11）
其他类型介质
? 无线收发器
? 无线收发器可以使用很宽的频率范围；
? 需同时配备一个大功率的发射机；
? 此时，神经元芯片的通讯口配臵成单端模式，速率 4800bps。
? 光纤收发器
? 美国雷神（ Raytheon）公司；
? 通信速率 1.25Mbps；
? 最长通信距离 3.5Km；
? 每个收发器包含两路独立的光线端口，实现光纤环网，增加
系统可靠性。
返回
65
4.3.5 LonWorks节点
?LON节点，即 LON网络上的每个控制点
组成,Neuron芯片、传感和控制设备、通信处理器、
收发器、电源
LON节点的两种类型
?以神经元芯片为核心的控制节点
?采用 MIP结构的控制节点
返回
66
晶振 电源
神经元芯片
3150/3120
I/O接口
收发器
16K~58KROM(3150)
传感器和执行器
图 5.1 神经元节点的结构框图
返回
67
主处理器 接口
单元
神经元芯片
EPROM
复位电路
收发器
图 5.2 Host Base 节点的结构框图
返回
68
4.3.6 路由器（ 1）
?4.3.6.1路由器简介
所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行
为和动作，而路由器，正是执行这种行为动作的机器，它的英
文名称为 Router，是一种连接多个网络或网段的网络设备，它
能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们
能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。
?路由器包括,
? 中继器
? 桥接器
? 路由器
?配臵型路由器
?学习型路由器
69
4.3.6 路由器（ 2）
?路由器主要用于,
?扩展通道的容量；
?连接不同的通信介质或波特率；
?提高 LON总线可靠性；
?全面提高网络性能。
70
4.3.6 路由器（ 3）
?路由器模块
?路由器组件模块 —— RTR-10模块，适于嵌入 OEM
产品；
电源 安装按钮
RTR-10路由器
核心模块
A边收发器 B边收发器
图 5.3 RTR-10路由器模
块构成的路由器框图
71
4.3.6 路由器（ 4）
?路由算法模块,
?配臵型路由器（智能型；根据目标地址有选择地转发）
?学习型路由器（智能型）
?桥接器（发送所有符合它的域的报文）
?中继器（发送所有的报文）
72
4.3.6 路由器（ 5）
?4.3.6.2路由器工作原理
73
4.3.6 路由器（ 6）
?LonTalk协议对路由器的支持；
? 寻址层次：域、子网、节点或
? 寻址层次：域、组
?路由算法
软件下载路由算法到四种路由器，同一路由器两端必
须使用同一种路由算法；路由算法必须符合如下规矩,
? 要转发的报文必须进入路由器的输入输出缓冲队列；
? 要转发的报文必须要有有效的 CRC校验码；
? 优先级报文优先转发。
74
4.3.6 路由器（ 7）
?LonWorks路由器型号包括以下几种,
?RTR-10路由器核心模块
? LonPoint路由器
?i.LON 1000因特网服务器 /路由器
返回
75
4.3.6 路由器（ 8）
?RTR-10路由器核心模块
?紧密的 67mm x 23mm x 7mm 40管脚单列直
插模块（ SIM），配有垂直式或平形式插槽；
?它可和收发器、电源以任意形式集成,RTR-10预
先设臵的参数可支持多种通用的 LonWorks收发器。
对于标准的收发器和用户设计的收发器都可通过
RTR-10上的引脚自动地配臵路由器；
?适用于 OEM模块；
?可将报文在两个相同或不同介质及速率的信道间
传递；
?所传递网络变量的数量无限制。
76
4.3.6 路由器（ 9）
?在缺省的 10MHz时钟下，多信道间的路由最大延
迟时间为 2-2.5ms；
?可选择使用四种路由算法来优化网络，在系统的
易安装性和网络性能间进行取舍；其中配臵模式
和自学习模式是通过路由表根据目的地址来选择
可通过的报文；在桥接器模式下可通过所有的域
地址一致的报文；而中继器将通过一切有效报文。
配臵路由器可由网络安装工具，如基于 LNS的工
具（例如 LonMaker）方便地进行安装及计算网络
拓扑和第四层网络时间参数。
? 物理上隔离故障的信道以增加系统的可靠性。
返回
77
4.3.6 路由器（ 10）
?LonPoint路由器
?LonPoint路由器为两通道的 LonWorks路由器，
它可以作为两种不同的双绞线信道的接口（例如
一个高速的 1.25Mbps TP/XF-1250主干和
TP/FT-10 自由拓扑信道），以管理网络交通，增
加 LonWorks节点数量或增加系统中的线路总长；
?LonPoint路由器可被安装为中继器、配臵型路由
器或学习型路由器；
?使用 LonMaker工具，用户可以配臵及启动
LonPoint路由器及其它 LonPoint模块，以及第三
方 LonMark节点和 LonWorks节点，从而建立一
个互操作性的、分布式的控制系统。 返回
78
4.3.6 路由器（ 11）
?i.LON 1000 Internet服务器
?i.LON 1000 Internet服务器是 Echelon公司与
思科公司（ Cisco Systems）共同开发的产品。
?i.LON 1000在支持对等式或主从式的网络通信上
的能力是独一无二的，它可以将 LonWorks控制网
络和基于 IP的数据网无缝地、透明地连接在一起。
返回
79
4.3.7 开发工具
?节点和网络安装工具 LonBuilder
?节点开发器
?网络管理器
?协议分析器和报文统计器
?例子程序和开发板
?节点开发工具 NodeBuilder
?网络管理工具 LonManager
?DDE,Profile,LonMaker、协议分析仪
?客户 /服务器网络构架 LNS技术
返回
80
4.3.8 LNS技术（ 1）
?LNS（ LonWorks Network Service）：是新开发的
LON总线的开发工具，提供给用户一个强大的客户 —
— 服务器网络构架。使用 LNS提供的服务，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；众多的客户可
同时申请这些服务器所提供的网络功能。 例：多客户、
多服务器
?采用 LNS多客户、多服务器技术的好处,
?减少开发时间和费用
?简单的系统集成
?访问数据不受限制
81
客户 客户
LNS Host API
NSS
NSI
客户 客户
LNS Host API
NSI
… …
图 5.27LNS多客户、多服务器网络示例
NSS（ Network Services Server）
NSI（ Network Services Interface） 返回
4.3.8 LNS技术（ 2）
82
4.3.8 LNS技术（ 3）
?LNS构架包括四个主要的组件,
? NSS（ Network Services Server）网络服务服务器：提供网
络服务，维护一个网络数据库，并容许和协调客户节点访问
服务器服务和数据。
? NSI（ Network Services Interface）网络服务接口：客户对
服务器请求服务是通过网络设备接口 NSI的硬件组件来完成
的,NSI提供网络信息和 NSS的物理上的连接。
? LCA对象服务器,LCA对象服务只有在 Windows方式下的
NSS才有。对象服务实际上是在 NSS上加了一层外壳，便于
Windows下的用户使用 NSS。
? LCA数据服务器：提供了一个高性能的监控网络数据的引擎，
能够直接提供数据服务，访问网络变量和显示报文。
返回
83
4.4 互可操作性（ 1）
?互可操作性意味着来自同一个或不同制造商的多个装
臵能集成在单一的控制网中，而无需定制节点或定制
编程。
?LonWorks技术旨在推进互可操作性的装臵和系统的
发展，但该技术与通信介质无关而且并不规定装臵的
应用程序如何构成，光是使用 LonWorks技术并不保
证来自不同制造商的 LonWorks装臵能在同一系统中
互操作；
?互可操作装臵是发展开放系统的最基本组件。
84
85
4.4 互可操作性（ 2）
?4.4.1 LonMark协会
?4.4.2 收发器和物理信道准则
?4.4.3 应用程序准则
?4.4.4 对象和功能简介
返回
86
4.4.1 LonMark协会
?LonMark互可操作协会的建立
?致力于发展互可操作性标准，认证符合标准的产
品，发扬互可操作产品的优点；
?LonMark标志提供高层次互可操作性的保证；
?LonMark装臵
?LonMark商标
?致力于两大领域,
?收发器和物理信道准则
?应用程序准则
返回
87
4.4.2 收发器和物理信道准则
?收发器和物理信道准则包含在,LonMark1-6层互可
操作性准则”中；
?楼宇中最常用的信道类型是 TP/XF-1250，有时也使
用 PL-22电力线类型，以充分利用现有电力配线作为
传输介质。
返回
88
4.4.3 应用程序准则
?互可操作装臵的应用程序的 LonMark准则包含在
,LonMark应用程序准则”中；这些准则以“面向对
象编程” 为基础，应用程序由名为对象的模块化代
码段构成；每个对象按照严格的输入输出接口规格执
行一项明确记载的功能并和其他对象通信；
?一个节点应用程序的接口是由共享数据提供的，这些
共享数据称为网络变量。为了使来自多个制造商的应
用程序能方便的使用 NV互操作，定义了标准网络变
量 SNVT（ Standard Network Variable Types）；
?LonMark对象定义为一个或多个输入或输出标准网络
变量的集，并定义与网络变量值和一些配臵属性有关
的对象行为。
返回
89
4.4.4 对象和功能简介
?LonMark准则定义两类对象,
? 通用 LonMark对象（传感器、控制器、执行器）
? LonMark功能简表（特殊领域如 HVAC或照明系统）
?每个 LonMark对象只通过 SNVT和其他 LonMark对象
交换信息。为了便于用户使用,LonMark准则还定义,
? 标准参数类型 SCPT
? 配臵参数类型 UCPT
它们提供文件编制和用网络工具下载数据到装臵上的
网络报文格式的标准。
90
LonMark对象的标准框图
返回
91
4.5 应用举例
?楼宇自动化
?工业自动化
?家庭自动化
?交通运输自动化
?公共设施自动化
?其他领域应用
返回
92
智能小区网络系统（ 1）
?住宅小区智能化发展的原则与功能目标，主
要体现在小区智能化建设的三个方面,
?即小区物业管理,
?信息服务与通信网络,
?住宅智能化。
?小区网络系统结构,如图所示 。
93
智能小区网络系统 （ 2）
94
智能小区网络系统 （ 3）
?家庭智能化系统既可完成电表、煤气表、冷热水表等
数据的采集、传输，又可通过红外、气漏等传感器进
行安全报警。通过 Lonworks节点的 IO口，还可以实现
对家电、照明等设备的控制，对室内的温度、湿度进
行检测。
?LonWorks家庭控制网络的主要优点如下,
? 基于 LonWorks的控制网络实现真正的多网合一，物理上只有
一条通道，大大简化了系统走线；
? LonWorks 网络控制系统可实现分布式无中心控制，每个节
点都能完成控制和通信功能，部分节点出现问题不会影响系
统稳定；
? LonWorks在网络结构上的自由拓扑特性及软件设计上的完全
面向对象使其易扩充、易组态；
? 产品开发方便、有效。
95
智能小区网络系统 （ 4）
96
智能小区网络系统 （ 5）
?在传统控制方式的基础上，针对现代控制系
统的发展需求，家庭智能化系统借鉴 LAN局域
网的优点。它继承了 LAN局域网的许多优点，
如多厂商之间的互操作性、技术标准的开放
性、系统的可构造性、性能的可预测性以及
系统的可靠性等；同时又具有它自身的特点：
分布性、实时性、可靠性、灵活性、简便性
和廉价性；网络结构的动态性、可变性和重
构性；面向对象的程序设计方法等。
97
智能小区网络系统 (6)
?网络的系统软件具有丰富的功能子程序，用
户无需关心网络通信、内存分布等系统问题，
只需根据系统需求直接编程控制节点 I/O端口，
实现对测控对象的访问；各网络节点相互之
间以网络变量的形式进行互访，实现点对点、
点对多点的信息交换，大大减化了系统设计
的工作量和软件编程的工作量。
返回
98
石油储运监测管理系统（ 1）
?系统功能
?对整个罐区的温度、压力、流量、液位、可燃气
体浓度、状态等参数进行检测；
? 对阀门的开 /闭、泵的启 /停进行监控；
? 打印各种生产报表、报警信息、历史趋势；
? 彩色显示有关画面、参数及声光信号报警；
? 可与工厂信息网连网，传递有关信息。
99
?系统结构
系统采用双绞线传输的 LonWorks智能控制网
络完成储运系统的数据采集与监控。控制网
络的智能测控节点向下与检测仪表相连，向
上与操作员站 PC机进行通信。 PC机内可内臵
以太网卡，实现控制网络与工厂信息网的数
据交换。
油罐所在的罐区和泵房为爆炸性区域，采用
隔爆型节点，并且远离控制室。安全区域控
制柜内安装的节点采用普通型节点。
石油储运监测管理系统（ 2）
100
?安装及环境
1,隔爆型节点安装在现场。
隔爆节点现场安装图
石油储运监测管理系统（ 3）
101
2,普通型节点安装于控制柜内。
3,隔爆型节点结构,
防爆标志,ExdⅡ BT5
防护等级,IP65
外型尺寸,198× 265× 113（ mm）
结构型式：扁平盒式
壳体上下共有 4个安装脚，用 M10螺钉紧固在安装架
上。壳体上部 2个引线口用做电源线和通信线引入，
下部 3个引线口用做 I/O测控信号线引入。
石油储运监测管理系统（ 4）
102
4,使用环境
供电电源：单一的 +24VDC供电
环境温度,-20℃ ~+55℃
相对湿度,20%~95%（ 55℃ 不结露）
石油储运监测管理系统（ 5）
返回
103
4.6 网络资源
?www.echelon.com
?www.echelon.com.cn
?www.LonMark.org
LonWorks技术和 LON总线
2
主要内容
?4.1 LonWorks技术概述
?4.2 LonTalk通信协议
?4.3 LonWorks技术
?4.4 互可操作性
?4.5 应用举例
?4.6 网络资源
3
4.1 LonWorks技术概述（ 1）
?LON（ Local Operating Networks）总线，美国
Echelon公司于 1991推出的局部操作网络。
Echelon公司创建时的目标就是使日常电器网络化。
?理想的开放系统的实施,如图所示 。
?LonTalk协议是 LonWorks技术的核心。 全球的设备将
可以共同工作。
?LonWorks技术为 LON总线设计、成品化提供完整的
开发平台，其最高目标是方便和经济地建立开放控制
系统。
?不同厂家产品的互操作性对于 LonWorks网络来说是至
关重要的一环,LonMark?互操作协会负责着 LonMark
标志的认证和授予工作。
4
4.1 LonWorks技术概述（ 2）
返回
5
4.1 LonWorks技术概述 （ 3）
?LonWorks存在于我们的周围,包括楼宇、工业、家庭、
能源等自动化应用领域。
?在百老汇大街许多舞台灯光都是由 LonWorks控制
的。
?如果最近去过美国的拉斯维加斯，将在那里的
Bellagio饭店前欣赏到每晚 LonWorks设备控制的
喷泉表演。
?在希腊,LonWorks设备管理着那里最大的牛奶加
工工厂。
?纽约市交通管理当局已经采用 LonWorks作为控制
那里所有新的地铁列车设备的标准。
6
4.1 LonWorks技术概述 （ 4）
?在阿姆斯特丹停车超时拿过罚单吗？ LonWorks技
术控制着那里的停车计时表设备。
?在 Seattle是否乘过地铁－ MUNI？ LonWorks设备控
制着 MUNI的交通。
? 美国 Echelon公司新总部大楼的日常环境是耗能效率的典范
? 把所有关键的楼宇子系统集成为一个简化的网络；
? 设施管理人员可以每天 24小时远程访问控制系统；
? 所有子系统都通过同一布线运行，使布线减少，成本降
低；
? 最终用户可以使用 Web方式设定他们各自的舒适级别；
? 可向最终用户提供自愿削减程序以节约能源。
7
阿拉伯联合酋长国新的 Emirate
双子塔楼白天巍峨壮观
夜间灯光辉煌夺目
该建筑群包括一幢 1,014英尺 56层 400个房间的豪华
宾馆塔楼；一幢 1163英尺的 54层的办公楼和一个面
积 8万 1千平方英尺的购物广场，以及 1个 1800泊位
的多层停车场，整个双子塔楼总计拥有 2百 30余万平
方英尺的建筑面积。
8
4.1 LonWorks技术概述 （ 5）
? 开放的跨行业标准
Echelon公司的 LonWorks网络是日常电器和设备网络化的、既成
事实的跨行业标准。以下是这些标准组织的名称,
? AAR－美国铁路协会（ American Association of Railroads）
（领域：运货列车制造）
? ANSI－美国国家标准协会（ American National Standards
Institute）（领域：控制网络）
? ASHRAE－美国暖通空调师协会（ American Society of
Heating,Refrigeration and Air Conditioning
Engineers）（领域：楼宇）
? IEEE－电子电气工程师学会（ Institute of Electrical
and Electronics Engineers,Inc.）（领域：轻轨系统）
9
4.1 LonWorks技术概述 （ 6）
?IFSF－国际加油站标准论坛（ International
Forecourt Standards Forum）（领域：加油站）
?SEMI－半导体设备与材料学会（ Semiconductor
Equipment and Materials Incorporated）（领
域：半导体生产设备）
?将 Internet带入生活
i.LON 1000 Internet服务器能够使公司的计划和数
据系统实时收到内臵于楼宇和工厂中的设备发来的信
息。
返回
10
4.2 LonTalk通信协议
?4.2.1 协议定义
?4.2.2 LonTalk MAC子层
?4.2.3 LonTalk 协议寻址
?4.2.4 LonTalk 网络变量
?4.2.5 LonTalk 协议的报文类型
?4.2.6 LonTalk 信道类型
?4.2.7 LonTalk 特征和优点
?4.2.8 LonTalk 标准
返回
11
4.2.1 协议定义（ 1）
?控制网的独特要求
?装臵间经常、可靠和安全的通信；
?用于所传送信息的短报文格式；
?每个装臵对等的功能性；
?可以做成廉价小节点的价位；
?要解决这些控制要求决定的网络要求及互可
操作性，促成了 LonTalk协议的问世。
12
4.2.1 协议定义（ 2）
?LonTalk通信协议是 LonWorks技术的核心。
? 协议提供一套通信服务，使装臵中的应用程序能在网上对其
他装臵发送和接收报文而无需知道网络的拓扑、名称、地址
或其他装臵的功能。
? 提供端到端的报文确认和优先级发送。
? 对网络管理业务的支持。
?网络地址和参数的重新设臵
?下载应用程序
?报告网络问题等
?LonTalk协议是一个分层的以数据包为基础的对等的
通信协议。
MAC处理器、
XCVR 介质、电气接口 电路连接 物理层 1
P-预测 CSMA，碰撞规
避，优先级，碰撞检测 介质访问
2 MAC处理器
帧结构、数据解码、
CRC错误检查 帧结构 链路层
网络处理器 地址、路由 传输分组 网络层 3
网络处理器 应答、非应答、点对点 端对端可靠传输 传输层 4
网络处理器 请求 /响应、认证、网络 管理 远程遥控动作 会话层 5
网络处理器 网络变量、外部帧传送 数据表示 表示层 6
应用处理器 标准网络变量类型 网路应用 应用层 7
处理器 LON提供的服务 标准服务 OIS层次
MAC
子层
链路层
LonTalk与 OSI的七层协议比较
14
4.2.1 协议定义（ 3）
?LonTalk的协议数据单元包括,
? MPDU（ MAC Protocol Data Unit）,帧（ Frame） ;
? LPDU （ Link Protocol Data Unit）,帧（ Frame） ;
? NPDU （ Network Protocol Data Unit）,报文（ Packet） ;
? TPDU （ Transport Protocol Data Unit）,消息 /应答
（ Message/ACK） ;
? SPDU （ Session Protocol Data Unit）,请求 /响应
（ Request/Response） ;
? NMPDU （ Network Management Protocol Data Unit） ;
? DPDU （ Diagnostic Protocol Data Unit） ;
? APDU （ Application Protocol Data Unit）
返回
15
4.2.2 LonTalk MAC子层
?带预测的 P-坚持 CSMA（ Predictive P-presistent
CSMA）,
在保留 CSMA （载波监听多路访问）协议的优点的同
时，注意克服它在控制网络中的不足，所有节点根据
网络积压参数等待随机时间片来访问介质。根据预测
网络业务量发送优先级报文，和动态调整时间槽的数
目，避免了频繁碰撞。
?优点
该协议算法可在极高业务量出现时继续运行，在业务
量小时不降低网络速度。
16
Beta1
Beta2
报文 报文
Beta1
Beta2
报文 报文
平均等待时间
平均等待时间
优先级时间片
12…n
返回
17
4.2.3 LonTalk 协议寻址（ 1）
?逻辑地址把名字和装臵或节点联系起来，包括两部分,
? 指定的域 ID
? 15位节点地址或 8位的组地址
?域（ Domain）：节点的集合，常常是整个系统，域
内节点可以互操作，不同的域中通信是彼此独立的。
网关。域中节点总数限于 32385。
?组（ Group）：组是不论物理信道的位臵组合起来的
节点的逻辑集合。一个分组在域中跨越几个子网或几
个通道。分组结构可以使一个报文同时被多个节点所
接收，用于一到多个网络变量和报文标签连结时的网
络带宽优化。每个域最多 256个组，每组在报文确认
时 64个节点，不确认时报文无限制。一个节点最多配
臵给 15个组。
18
4.2.3 LonTalk 协议寻址（ 2）
?子网（ Subnet）：一个子网可以是一个或多个通道的
逻辑分组，节点数在 127个以下。路由器。单一域内
最多定义 255个子网
?通道：在物理上能独立发送报文（不需转发）的一段
介质。桥接器
19 返回
256
20
4.2.4 LonTalk 网络变量
?网络变量 (Network Variable)是指任何数据项
（温度、开关值、执行器位臵设定），它们
是一个特定装臵应用程序期望从网上其他装
臵得到的（输入 NV）或期望提供给网上其他
装臵的（输出 NV）。
?捆绑过程就是一个装臵中的输出 NV和另一个
装臵或装臵组中的输入 NV建立逻辑连接。连
接可想象为虚拟线路。
21
?虚拟线路
?由网络工具产生的改变
?无需改变应用程序
?可简便的增加、移动,
改变节点
返回
22
4.2.5 LonTalk协议的报文类型
?提供三种基本报文类型并且支持报文的鉴别,
?第一类报文服务提供端到端的确认，称为确认的
报文发送。
?第二类报文是不确认的重复报文。
?第三类报文就是简单的不确认报文，只发送到节
点或节点组一次，并且不期望响应。
?报文鉴别服务使报文接收者能确认发送者是
否有权发送这个报文。此种鉴别能防止对节
点未经授权的访问。
返回
23
4.2.6 LonTalk 信道类型
?信道是两个或更多点之间的电气传输路径，
是个特殊的物理通信介质（双绞线或电力线
等）,LonWorks装臵通过专用于此的收发器
与其连接。
?每类信道在最多可连接的节点数、通信速率
和物理距离等限值方面都有不同值。
?例
24 返回
25
4.2.7 LonTalk特征和优点（ 1）
?LonTalk协议可从事的多种服务提高了可靠性、
安全性和网络资源的优化。这些服务的特征
和优点包括,
?支持广泛范围的通信介质，包括电力线和双绞线。
?支持可靠通信，包括防范未经授权使用系统。
?不论网络规模，提供可预测的时间响应。
?支持混合介质和不同通信速度构成的网络。
?提供对节点透明的接口。
?支持几万个节点 —— 但在几个节点的网络中同样
有效。
26
4.2.7 LonTalk特征和优点（ 2）
?允许节点间的任意连通。
?允许对等通信，这样使它可用于分布式控制系统
中。
?为产品的互可操作性提供有效机制，使来自一个
制造商的产品可和其他制造商的产品共享标准物
理量的信息。
?实施协议内网络管理问题的解决方案。
返回
27
4.2.8 LonTalk标准
?LonTalk 协议成为 EIA709.1控制联网的下一
个公开标准。
?自由提供,http://global.ihs.com
返回
28
4.3 LonWorks技术
?4.3.1 建立平台
?4.3.2 神经元芯片
?4.3.3 神经元芯片应用程序
?4.3.4 收发器
?4.3.5 LonWorks节点
?4.3.6 路由器
?4.3.7 开发工具
?4.3.8 LNS技术
返回
29
4.3.1 建立平台
?LonWorks的最高目标是建立方便和经济的开
放系统。
?开发一个协议，针对控制网优化，同时又具有一
定程度的通用性，能用来和各种类型的控制设备
一起工作。
?把协议结合和布臵在装臵的成本必须有竞争力。
?协议的推行方式应使其实施不应销售商而异，否
则互可操作性会受到破坏。
为了有效解决这些问题，开始建立一个完整
平台来设计、建造和安装智能控制设备。
30 LonWorks提供除应用以外的一切 返回
31
4.3.2 神经元芯片 —— 概述（ 1）
?为了经济、标准化布臵，埃施朗设计了神经元芯片。
?对开发者和集成商而言，神经元芯片的优势在于它的
完整性。
内嵌的通信协议和处理器避免了在这些方面的任何开
发和编程。神经元芯片提供了 ISO/OSI参考模型的前
6层，只有应用层需要编程和配臵。这使得标准化的
实现和开发、配臵变得更容易。
?大部分 LonWorks装臵利用神经元芯片的功能，并将
其用作控制处理器。
? 神经元芯片是一种半导体装臵，专门设计用于为低价控制装
臵提供智能的联网能力。
32
4.3.2 神经元芯片 —— 概述（ 2）
? Echelon公司设计了最初的神经元芯片，而当前的神经元派
生系列产品的设计和制造通常都是由 Echelon的伙伴：美国
Cypress半导体公司和日本东芝公司等实施。
33
4.3.2 神经元芯片 —— 概述（ 3）
?神经元芯片是一个带有多个处理器、读写 /只读存储
器（ RAM和 ROM）以及通信和 I/O接口的单芯片系统
? 只读存储器包含一个操作系统,LonTalk协议和 I/O功能库。
? 芯片有用于配臵数据和应用程序编程的非易失性存储器，并
且两者都可以通过网络下载。
? 在制造过程中，每个神经元芯片都被赋予一个永久的、全世
界唯一的一个 48位码，我们称之为神经元 ID号（ Neuron
ID）。
? 现在，你可以选择不同速度、不同存储器类型和容量以及不
同接口的许多系列的神经元芯片。截止 2002年中旬，大约
有两千四百万个神经元芯片被运往世界各地。
34
35
4.3.2 神经元芯片 —— 概述（ 4）
?神经元芯片结构,
?处理单元
?存储器
?输入 /输出
?通信端口
?时钟系统
?睡眠 /唤醒机制
?Service Pin 管脚
?Watchdog定时器
返回
36
4.3.2 神经元芯片 —— 处理单元（ 1）
?神经元芯片实际上将 3个 8位的内嵌处理器集成为一体。
两个用于执行 LonWorks协议；第三个用于设备的应
用程序。
?MAC处理器 是媒体访问控制层处理器。它处理
OSI七层网络协议中的 1,2层，主要包括驱动通信
子系统硬件以及执行冲突回避算法等。
?网络处理器 实现网络协议中的 3～ 6层。它处理网
络变量、地址、认证、后台诊断、软件定时器、
网络管理和路由等进程。
?应用处理器 一方面执行用户编写的应用程序代码，
另一方面执行由用户代码所调用的操作系统服务。
大多数应用程序均可采用 Neuron C语言来编制，
使编程工作真正从繁琐的汇编语言中解脱出来。
37
4.3.2 神经元芯片 —— 处理单元（ 2）
返回
38
4.3.2 神经元芯片 —— 存储器（ 1）
?MC143150存储器的分配,
?512字节 EEPROM
?网络配臵和地址表
?48位神经元 ID码
?用户应用程序代码和一般只读的数据
?2048字节 RAM
?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
?59392字节可供外部存储器接口访问
?6114字节为系统内部映射
39
40
4.3.2 神经元芯片 —— 存储器（ 2）
?外部存储器
16384字节外部存储器用于存储 LON操作系统，其
余空间可用作用户编写的应用代码、应用程序所
需额外的读写数据区、应用缓冲区、网络缓冲区。
返回
41
4.3.2 神经元芯片 —— I/O（ 1）
?11个 I/O可灵活配臵
?直接 I/O；
?串行；
?并行；
?定时 /计数；
?专用编程工具 Neuron C可以将 11个 I/O配臵成
不同的 I/O对象； 11个 I/O有 34种预编程设臵，
可以有效的实现这 11个 I/O的测量、计时和控
制等功能。
返回
42
4.3.2 神经元芯片 —— I/O（ 2）
定时 /计数器 1
定时 /计数器 2
系统时间分频
IO0
IO1
IO4
IO7
IO10
图 5.7 神经元芯片定时 /计数器外部连接图
IO2
IO3
IO5
IO6
IO8
IO9
返回
43
4.3.2 神经元芯片 —— 通信端口（ 1）
?多种通信介质
?双绞线、电力线、无线、红外、光纤、同轴电缆
?通信管脚三种不同配臵
?单端（ single-ended）
?差分（ differential）
?专用模式（ special purpose mode）
返回
44
收发器类型 波特率（ bps）
EIA-485 300~1.25M
双绞线带变压器 78k/1.25M
电力线（载波） 4k
电力线（扩频） 10k
无线（ 300M） 1200
无线（ 450M） 4800
无线（ 900M） 39k
红外 78k
光纤 1.25M
同轴电缆 1.25M 返回
4.3.2 神经元芯片 —— 通信端口（ 2）
45
差分曼切斯特
编码
差分曼切斯特
编码
NRZ数据
NRZ数据
CP0
CP1
CP2
CP3
CP4
发送容许
睡眠
碰撞检测容许
图 5-8 单端模式的通信口配臵框图
4.3.2 神经元芯片 —— 通信端口（ 3）
46
0 1 1 1 0 0
（ a）不归零编码
（ b）曼彻斯特编码
（ c）差分曼彻斯特编码
判断每一位的开头有无跳变
一位的开始边界有跳变代表 0，没有跳变代表 1。
返回
47
差分曼切斯特
编码
差分曼切斯特
编码
NRZ数据
NRZ数据
CP0
CP1
CP2
CP3
CP4
发送容许
碰撞检测容许
图 5-9 差分方式的通信口配臵框图
返回
4.3.2 神经元芯片 —— 通信端口（ 4）
48
4.3.2 神经元芯片 —— 时钟系统
?在神经元芯片中包括一个分频器，通过外部
的一个输入晶振来输入时钟。神经元正常工
作频率可从 10MHz~625KHz（ 625KHz 是对
于低电压神经元芯片来说的）。
返回
49
4.3.2 神经元芯片 —— 睡眠 /唤醒机制
?神经元芯片通过软件设臵进入低电压睡眠状态，在这
种模式中,
? 系统时钟、程序时钟、计数器关闭；
? 状态信息保留（包括神经元芯片的内部 RAM）；
?唤醒
? I/O管脚的输入（可屏蔽）,I/O4~I/O7;
? Service Pin信号
? 通信端口（可屏蔽）
?差分模式 CP0或 CP1
?单端模式 CP0
?专用模式 CP3
返回
50
? 节点的配臵、安装和维护都需使用该管脚；
? 既能输入也可输出
? 输出时通过一个低电平来点亮外部 LED,
?LED保持为亮：表示该节点没有应用
代码或芯片已坏；
?LED以 0.5Hz频率闪烁：表示该节点处
于未配臵状态；
? 输入时，一个逻辑低电平使神经元芯片传
送一个包括该节点 48bit的 Neuron ID网络
管理信息；
? 该管脚输入输出以 76Hz频率,50%占空比复
用；
? 当无外接 LED和上拉电阻时，片内可选的上拉
以保证输入无效。
SERVICE
LED
VDD
Service Pin 电路
返回
4.3.2 神经元芯片 —— Service Pin 管脚
51
4.3.2 神经元芯片 — Watchdog定时器
?三个 Watchdog定时器，每个 CPU一个；
?如果软件和系统不定时刷新这些 Watchdog定时器，
整个神经元芯片将自动复位；
?复位周期依赖输入时钟的频率，成反比；
?如 10MHz,T=0.84s
?神经元芯片处于睡眠状态时，所有的 Watchdog定
时器被禁止。
返回
52
4.3.3 神经元芯片应用程序（ 1）
?Neuron C是一种编程语言，它以 ANSI C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，是编写神经元芯片的最为
重要的工具。
?基于 ANSI C的三大扩展
?新的语句类型,何时（ When）语句 介绍事件
（ Event）和确定任务执行顺序。
?37个额外数据类型,35个 I/O对象,2个定时器对
象以简化装臵控制器的使用。
?同时可用于显式（物理、逻辑、目的地名称寻址）
和隐式（网络变量）报文格式的集成报文传送机
制。
53
4.3.3 神经元芯片应用程序（ 2）
?使用以事件为基础编程模型，即应用程序通
常由发生在网上其他地方或特定节点上的事
件触发。
返回
54
4.3.4 收发器（ 1）
?收发器在神经元芯片和 LonWorks网络间提供物理通
信接口。这些装臵简化了互可操作的 LonWorks节点
的开发，可用于各种通信介质和拓扑。可根据不同现
场环境选择不同的收发器和介质,
? 双绞线收发器
?直接驱动
? EIA-485
?变压器耦合
? 电力线收发器
? 其他类型
?无线收发器
?光纤收发器
返回
55
4.3.4 收发器（ 2）
?直接驱动
?直接驱动使用神经元芯片的通信端口作为收发器，
同时加入电阻和二极管作为电流限制和 ESD保护；
?支持的最高通信速率为 1.25Mbps，该速率传输时
一条通道最多支持 64个节点，最远传输距离达
30m。
返回
56
4.3.4 收发器（ 3）
?EIA-485 收发器
EIA-485标准由电子工业协会制定，习惯上也称为
RS-485标准,EIA-485接口是现场总线中经常使用
的接口。
?这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多
点双向通信，许多不同领域都采用 RS-485作为数
据传输链路；
?这项标准得到广泛接受的另外一个原因是它的通
用性,RS-485 标准只对接口的电气特性做出规定
而不涉及接插件电缆或协议，在此基础上用户可
以建立自己的高层通信协议；
57
4.3.4 收发器（ 4）
?性能指标
?共模电压 -7V~+12V，可加光电隔离来提高电压
范围；
?LonMark建议 EIA-485通信速率是 39kbps,
?该速率下可达 32个节点，最长距离 660m
（ 2000英尺）；
?所有节点使用共同的电压以保护节点。
58
4.3.4 收发器（ 5）
+5V
+5V
cp0
cp1
cp2
cp3
10k?
0.1?F
12V
12V
EIA485典型配臵电路 返回
59
4.3.4 收发器（ 6）
?变压器耦合
接口满足系统的高性能、高共模隔离、噪声
隔离的作用；
?举例
FTT-10A自由拓扑双绞线收发器
60
4.3.4 收发器（ 7）
?FTT-10A自由拓扑双绞线收发器
?与 FTT-10自由拓扑收发器兼容；
?差分曼彻斯特编码信号用于极性无关的网络接线；
?速率为 78Kbps，在最坏情况下，自由拓扑结构传
输距离为 500米，双终端总线结构为 2700米 ；
?支持自由拓扑结构 ；
?工作在 5,10或 20MHz下，可自动进行时钟检测；
?通过 LonMark互操作性认证 。
返回
61
4.3.4 收发器（ 8）
?电力线收发器
将通信数据调制成载波信号或扩频信号，然
后通过耦合器耦合到 220V或其他交直流电力
线上，甚至是没有电力的双绞线。
?优点：可利用已有的电力线进行数据通信，减少
布线。
?缺点：电力线间歇性噪声较大、信号衰减快、线
路阻抗经常波动。
?常用：载波电力线收发器、扩频电力线收发器
62
4.3.4 收发器（ 9）
?PL 3120和 PL 3150电力线智能收发器
PL 3120和 PL 3150智能收发器把神经元芯片的核心
和电力线收发器集成在一起，使之成为家电、音频 /
视频、照明、暖通、安防、表计和灌溉等应用十分理
想的选择。
? 强大的通信可靠性；
? 符合世界范围的电力线规范；
? 符合 ANSI709.1和 ANSI709.2标准；
? 集成化、低价格、小封装设计；
? 现场测试, 业已证明的技术；
? 快速市场化的外围开发资源。
63
4.3.4 收发器（ 10）
为组建一个完整的智能收发器设备，只需要很少
数目、价格不贵的外围器件。
PL31XX智能收发器结构图 返回
64
4.3.4 收发器（ 11）
其他类型介质
? 无线收发器
? 无线收发器可以使用很宽的频率范围；
? 需同时配备一个大功率的发射机；
? 此时，神经元芯片的通讯口配臵成单端模式，速率 4800bps。
? 光纤收发器
? 美国雷神（ Raytheon）公司；
? 通信速率 1.25Mbps；
? 最长通信距离 3.5Km；
? 每个收发器包含两路独立的光线端口，实现光纤环网，增加
系统可靠性。
返回
65
4.3.5 LonWorks节点
?LON节点，即 LON网络上的每个控制点
组成,Neuron芯片、传感和控制设备、通信处理器、
收发器、电源
LON节点的两种类型
?以神经元芯片为核心的控制节点
?采用 MIP结构的控制节点
返回
66
晶振 电源
神经元芯片
3150/3120
I/O接口
收发器
16K~58KROM(3150)
传感器和执行器
图 5.1 神经元节点的结构框图
返回
67
主处理器 接口
单元
神经元芯片
EPROM
复位电路
收发器
图 5.2 Host Base 节点的结构框图
返回
68
4.3.6 路由器（ 1）
?4.3.6.1路由器简介
所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行
为和动作，而路由器，正是执行这种行为动作的机器，它的英
文名称为 Router，是一种连接多个网络或网段的网络设备，它
能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们
能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。
?路由器包括,
? 中继器
? 桥接器
? 路由器
?配臵型路由器
?学习型路由器
69
4.3.6 路由器（ 2）
?路由器主要用于,
?扩展通道的容量；
?连接不同的通信介质或波特率；
?提高 LON总线可靠性；
?全面提高网络性能。
70
4.3.6 路由器（ 3）
?路由器模块
?路由器组件模块 —— RTR-10模块，适于嵌入 OEM
产品；
电源 安装按钮
RTR-10路由器
核心模块
A边收发器 B边收发器
图 5.3 RTR-10路由器模
块构成的路由器框图
71
4.3.6 路由器（ 4）
?路由算法模块,
?配臵型路由器（智能型；根据目标地址有选择地转发）
?学习型路由器（智能型）
?桥接器（发送所有符合它的域的报文）
?中继器（发送所有的报文）
72
4.3.6 路由器（ 5）
?4.3.6.2路由器工作原理
73
4.3.6 路由器（ 6）
?LonTalk协议对路由器的支持；
? 寻址层次：域、子网、节点或
? 寻址层次：域、组
?路由算法
软件下载路由算法到四种路由器，同一路由器两端必
须使用同一种路由算法；路由算法必须符合如下规矩,
? 要转发的报文必须进入路由器的输入输出缓冲队列；
? 要转发的报文必须要有有效的 CRC校验码；
? 优先级报文优先转发。
74
4.3.6 路由器（ 7）
?LonWorks路由器型号包括以下几种,
?RTR-10路由器核心模块
? LonPoint路由器
?i.LON 1000因特网服务器 /路由器
返回
75
4.3.6 路由器（ 8）
?RTR-10路由器核心模块
?紧密的 67mm x 23mm x 7mm 40管脚单列直
插模块（ SIM），配有垂直式或平形式插槽；
?它可和收发器、电源以任意形式集成,RTR-10预
先设臵的参数可支持多种通用的 LonWorks收发器。
对于标准的收发器和用户设计的收发器都可通过
RTR-10上的引脚自动地配臵路由器；
?适用于 OEM模块；
?可将报文在两个相同或不同介质及速率的信道间
传递；
?所传递网络变量的数量无限制。
76
4.3.6 路由器（ 9）
?在缺省的 10MHz时钟下，多信道间的路由最大延
迟时间为 2-2.5ms；
?可选择使用四种路由算法来优化网络，在系统的
易安装性和网络性能间进行取舍；其中配臵模式
和自学习模式是通过路由表根据目的地址来选择
可通过的报文；在桥接器模式下可通过所有的域
地址一致的报文；而中继器将通过一切有效报文。
配臵路由器可由网络安装工具，如基于 LNS的工
具（例如 LonMaker）方便地进行安装及计算网络
拓扑和第四层网络时间参数。
? 物理上隔离故障的信道以增加系统的可靠性。
返回
77
4.3.6 路由器（ 10）
?LonPoint路由器
?LonPoint路由器为两通道的 LonWorks路由器，
它可以作为两种不同的双绞线信道的接口（例如
一个高速的 1.25Mbps TP/XF-1250主干和
TP/FT-10 自由拓扑信道），以管理网络交通，增
加 LonWorks节点数量或增加系统中的线路总长；
?LonPoint路由器可被安装为中继器、配臵型路由
器或学习型路由器；
?使用 LonMaker工具，用户可以配臵及启动
LonPoint路由器及其它 LonPoint模块，以及第三
方 LonMark节点和 LonWorks节点，从而建立一
个互操作性的、分布式的控制系统。 返回
78
4.3.6 路由器（ 11）
?i.LON 1000 Internet服务器
?i.LON 1000 Internet服务器是 Echelon公司与
思科公司（ Cisco Systems）共同开发的产品。
?i.LON 1000在支持对等式或主从式的网络通信上
的能力是独一无二的，它可以将 LonWorks控制网
络和基于 IP的数据网无缝地、透明地连接在一起。
返回
79
4.3.7 开发工具
?节点和网络安装工具 LonBuilder
?节点开发器
?网络管理器
?协议分析器和报文统计器
?例子程序和开发板
?节点开发工具 NodeBuilder
?网络管理工具 LonManager
?DDE,Profile,LonMaker、协议分析仪
?客户 /服务器网络构架 LNS技术
返回
80
4.3.8 LNS技术（ 1）
?LNS（ LonWorks Network Service）：是新开发的
LON总线的开发工具，提供给用户一个强大的客户 —
— 服务器网络构架。使用 LNS提供的服务，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；众多的客户可
同时申请这些服务器所提供的网络功能。 例：多客户、
多服务器
?采用 LNS多客户、多服务器技术的好处,
?减少开发时间和费用
?简单的系统集成
?访问数据不受限制
81
客户 客户
LNS Host API
NSS
NSI
客户 客户
LNS Host API
NSI
… …
图 5.27LNS多客户、多服务器网络示例
NSS（ Network Services Server）
NSI（ Network Services Interface） 返回
4.3.8 LNS技术（ 2）
82
4.3.8 LNS技术（ 3）
?LNS构架包括四个主要的组件,
? NSS（ Network Services Server）网络服务服务器：提供网
络服务，维护一个网络数据库，并容许和协调客户节点访问
服务器服务和数据。
? NSI（ Network Services Interface）网络服务接口：客户对
服务器请求服务是通过网络设备接口 NSI的硬件组件来完成
的,NSI提供网络信息和 NSS的物理上的连接。
? LCA对象服务器,LCA对象服务只有在 Windows方式下的
NSS才有。对象服务实际上是在 NSS上加了一层外壳，便于
Windows下的用户使用 NSS。
? LCA数据服务器：提供了一个高性能的监控网络数据的引擎，
能够直接提供数据服务，访问网络变量和显示报文。
返回
83
4.4 互可操作性（ 1）
?互可操作性意味着来自同一个或不同制造商的多个装
臵能集成在单一的控制网中，而无需定制节点或定制
编程。
?LonWorks技术旨在推进互可操作性的装臵和系统的
发展，但该技术与通信介质无关而且并不规定装臵的
应用程序如何构成，光是使用 LonWorks技术并不保
证来自不同制造商的 LonWorks装臵能在同一系统中
互操作；
?互可操作装臵是发展开放系统的最基本组件。
84
85
4.4 互可操作性（ 2）
?4.4.1 LonMark协会
?4.4.2 收发器和物理信道准则
?4.4.3 应用程序准则
?4.4.4 对象和功能简介
返回
86
4.4.1 LonMark协会
?LonMark互可操作协会的建立
?致力于发展互可操作性标准，认证符合标准的产
品，发扬互可操作产品的优点；
?LonMark标志提供高层次互可操作性的保证；
?LonMark装臵
?LonMark商标
?致力于两大领域,
?收发器和物理信道准则
?应用程序准则
返回
87
4.4.2 收发器和物理信道准则
?收发器和物理信道准则包含在,LonMark1-6层互可
操作性准则”中；
?楼宇中最常用的信道类型是 TP/XF-1250，有时也使
用 PL-22电力线类型，以充分利用现有电力配线作为
传输介质。
返回
88
4.4.3 应用程序准则
?互可操作装臵的应用程序的 LonMark准则包含在
,LonMark应用程序准则”中；这些准则以“面向对
象编程” 为基础，应用程序由名为对象的模块化代
码段构成；每个对象按照严格的输入输出接口规格执
行一项明确记载的功能并和其他对象通信；
?一个节点应用程序的接口是由共享数据提供的，这些
共享数据称为网络变量。为了使来自多个制造商的应
用程序能方便的使用 NV互操作，定义了标准网络变
量 SNVT（ Standard Network Variable Types）；
?LonMark对象定义为一个或多个输入或输出标准网络
变量的集，并定义与网络变量值和一些配臵属性有关
的对象行为。
返回
89
4.4.4 对象和功能简介
?LonMark准则定义两类对象,
? 通用 LonMark对象（传感器、控制器、执行器）
? LonMark功能简表（特殊领域如 HVAC或照明系统）
?每个 LonMark对象只通过 SNVT和其他 LonMark对象
交换信息。为了便于用户使用,LonMark准则还定义,
? 标准参数类型 SCPT
? 配臵参数类型 UCPT
它们提供文件编制和用网络工具下载数据到装臵上的
网络报文格式的标准。
90
LonMark对象的标准框图
返回
91
4.5 应用举例
?楼宇自动化
?工业自动化
?家庭自动化
?交通运输自动化
?公共设施自动化
?其他领域应用
返回
92
智能小区网络系统（ 1）
?住宅小区智能化发展的原则与功能目标，主
要体现在小区智能化建设的三个方面,
?即小区物业管理,
?信息服务与通信网络,
?住宅智能化。
?小区网络系统结构,如图所示 。
93
智能小区网络系统 （ 2）
94
智能小区网络系统 （ 3）
?家庭智能化系统既可完成电表、煤气表、冷热水表等
数据的采集、传输，又可通过红外、气漏等传感器进
行安全报警。通过 Lonworks节点的 IO口，还可以实现
对家电、照明等设备的控制，对室内的温度、湿度进
行检测。
?LonWorks家庭控制网络的主要优点如下,
? 基于 LonWorks的控制网络实现真正的多网合一，物理上只有
一条通道，大大简化了系统走线；
? LonWorks 网络控制系统可实现分布式无中心控制，每个节
点都能完成控制和通信功能，部分节点出现问题不会影响系
统稳定；
? LonWorks在网络结构上的自由拓扑特性及软件设计上的完全
面向对象使其易扩充、易组态；
? 产品开发方便、有效。
95
智能小区网络系统 （ 4）
96
智能小区网络系统 （ 5）
?在传统控制方式的基础上，针对现代控制系
统的发展需求，家庭智能化系统借鉴 LAN局域
网的优点。它继承了 LAN局域网的许多优点，
如多厂商之间的互操作性、技术标准的开放
性、系统的可构造性、性能的可预测性以及
系统的可靠性等；同时又具有它自身的特点：
分布性、实时性、可靠性、灵活性、简便性
和廉价性；网络结构的动态性、可变性和重
构性；面向对象的程序设计方法等。
97
智能小区网络系统 (6)
?网络的系统软件具有丰富的功能子程序，用
户无需关心网络通信、内存分布等系统问题，
只需根据系统需求直接编程控制节点 I/O端口，
实现对测控对象的访问；各网络节点相互之
间以网络变量的形式进行互访，实现点对点、
点对多点的信息交换，大大减化了系统设计
的工作量和软件编程的工作量。
返回
98
石油储运监测管理系统（ 1）
?系统功能
?对整个罐区的温度、压力、流量、液位、可燃气
体浓度、状态等参数进行检测；
? 对阀门的开 /闭、泵的启 /停进行监控；
? 打印各种生产报表、报警信息、历史趋势；
? 彩色显示有关画面、参数及声光信号报警；
? 可与工厂信息网连网，传递有关信息。
99
?系统结构
系统采用双绞线传输的 LonWorks智能控制网
络完成储运系统的数据采集与监控。控制网
络的智能测控节点向下与检测仪表相连，向
上与操作员站 PC机进行通信。 PC机内可内臵
以太网卡，实现控制网络与工厂信息网的数
据交换。
油罐所在的罐区和泵房为爆炸性区域，采用
隔爆型节点，并且远离控制室。安全区域控
制柜内安装的节点采用普通型节点。
石油储运监测管理系统（ 2）
100
?安装及环境
1,隔爆型节点安装在现场。
隔爆节点现场安装图
石油储运监测管理系统（ 3）
101
2,普通型节点安装于控制柜内。
3,隔爆型节点结构,
防爆标志,ExdⅡ BT5
防护等级,IP65
外型尺寸,198× 265× 113（ mm）
结构型式：扁平盒式
壳体上下共有 4个安装脚，用 M10螺钉紧固在安装架
上。壳体上部 2个引线口用做电源线和通信线引入，
下部 3个引线口用做 I/O测控信号线引入。
石油储运监测管理系统（ 4）
102
4,使用环境
供电电源：单一的 +24VDC供电
环境温度,-20℃ ~+55℃
相对湿度,20%~95%（ 55℃ 不结露）
石油储运监测管理系统（ 5）
返回
103
4.6 网络资源
?www.echelon.com
?www.echelon.com.cn
?www.LonMark.org
