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LonWorks技术在网络化楼宇控制系统中应用【摘 要】本文讨论了基于LON总线和以太网的网络控制系统的设计原则和实现方法。文章以实现LON总线接入因特网为目标，在对LonTalk协议进行深入研究的基础上，设计开发了实现两网互联的网关设备——互联适配器，介绍了LonWorks 的Neuron 芯片通信模块的硬件电路设计、LonWorks通信模块与以太网通信模块中51单片机的接口硬件电路设计部分和以太网接口通信模块的硬件电路设计，从而实现以太网与LON总线的互联，为实现企业信息网络与控制网络集成提供了一种可行的方法。 【关键词】LonWorks 楼宇自动化 智能楼宇控制系统 网络 工业以太网 【中图分类号】TU855 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）02-0179-02 一 引言 随着互联网的发展，在使用计算机进行互连的同时，各种智能家电、工业控制、智能仪器仪表、数据采集系统都在逐步趋向网络化。在工业控制网络中一般采用现场总线技术。现场总线实时性好，数据通信可靠性高，但通信数据量小。与此同时，以太网以其廉价和开放的特点成为最普及的局域网技术，也是构筑互联网的基础。以太网通信数据量大、速度快，但在实时性和可靠性方面先天不足。为实现二者的优势互补，必须将现场总线与以太网互连。通过遍布各地的因特网将地域分布的控制网络连接在一起，实现不同类型网络之间的互连，以组成一个真正全分散、全开放的控制网络结构，不仅解决了控制网络与上层信息管理网络之间的互通，而且也解决了不同标准的现场总线技术之间的互连问题，这也是现代工业控制网络的发展趋势。 二 楼宇自动化系统的基本构成 楼宇自动化系统是智能建筑的必备要素和关键所在，主要对智能建筑中所有机电设施和能源设备实现高度自动化和智能化的集中管理。它以中央计算机和中央监控系统为核心，对建筑物内设置的供水、电力、照明、空调、冷热源、防火、防盗、监控、门禁、电梯和停车场等各种设备的运行情况进行集中监测控制和科学管理，从而创造出一个适宜的温度、湿度、亮度和空气清新的工作和生活环境，达到了节能、高效、舒适、安全、便利和实用的要求。楼宇自动化系统的基本组成，见图1。 三 LonWorks控制网络的构成 LonWorks现场总线技术构成控制网络时支持多种传输媒介，通过收发器提供多种典型的拓扑结构，支持诸如总线型、星型、环型、混合型，故而给网络安装提供了极大的方便。混合型的网络结构图，见图2。 LonWorks控制网络主要由智能节点构成，智能节点与各自的外设相互联系，并通过各种通信介质以一个公共的、基于消息的控制规程和其他的智能节点通信，通信方式可以是点对点的形式。当控制网络中存在几种不同的通信介质时，可以通过路由器互连。 LonWorks控制网络还可以通过网桥、网关与其他网络相连构成现场总线控制网络。在LonWorks控制网络中也期望通过Internet对控制网络进行异地和远程控制，LonWorks技术的互联网链接设备适时地为此需求提供了可能，如i.lon-1000等。LonWorks智能节点直接通过i.lon-1000接入了Internet。 四 LonTalk协议 LonTalk协议是LonWorks技术的网络通信协议。LonTalk是支持节点间可靠通信和有效使用通信介质的各种服务的集合，它包容了LonWorks总线的所有网络通信功能。LonTalk协议为控制应用提供了一个高可靠、高性能、抗干扰性强、基于数据包的对等通信机制。下表出示了其分层结构。 五 网络适配器的硬件电路设计 1.LonWorks通信模块的硬件电路设计 LON网接口模块主要由Neuron3150神经元芯片、LonWorks网络收发器、程序存储器、数据存储器等组成。其中，3150神经元芯片采用日本TOSHIBA公司生产的TMPN3150，作为通信协处理器使用，3150片内存储器的容量是2KB；由于开发Neuron芯片时采用Neuron C语言，内存占用大，另外作为通信协处理器使用要求有大量的数据缓冲区进行数据交换，因此笔者扩展了外部存储器Flash ROM和RAM，Neuron3150芯片与LON网的网络介质的接口选用Echelon公司的自由拓扑型收发器FTT-10A，它采用曼彻斯特编译码，是一种变压器耦合收发器，可提供一个无极性接口，且支持网络的自由拓扑结构，通过它挂接入LON网与各智能测控节点进行数据通信。 LonWorks通信模块的硬件电路设计是对神经元芯片进行外围电路的扩展，使之成为LonWorks网络上的一个特殊的Lon节点，不仅可以与LonWorks网络上的Lon节点进行通信，还可作为适配器的协通信处理器。神经元芯