图1  典型LonWorks节点的方框图

    由图1可见，Neuron神经芯片是节点的核心部分，它包括一套完整的通信协议，即LonTalk协议，从而确保节点间使用可靠的通信标准进行互操作。LonTalk通讯协议遵循ISO/OSI的全部七层模型。Neuron神经芯片内含三个八位CPU：第一个CPU为介质访问控制处理器，实现LonTalk协议的第1层和第2层；第二个CPU为网络处理器，实现LonTalk协议的第3层至第6层；第三个CPU为应用处理器，实现LonTalk协议的第7层。

    Neuron芯片的通讯口是一个非常通用的网络接口，有5个引脚组成，可以设成3种模式：单端模式、差分模式、特殊模式，如表1所示。

表1  网络通讯口引脚设置模式

    利用这5个引脚，Neuron芯片可以和各种不同通讯介质的LonWorks介质的收发器相连，并且可以覆盖广泛的数据传输速率。网络介质收发器为Neuron芯片与Lon网络之间提供了一个通信接口，或者说在节点和通信媒介之间建立了一个物理接口，这个接口可以对媒介上收发的数据进行编码和译码。对类似双绞线一类的介质来说，Neuron芯片已经集成了大部分的收发电路，使用时只需附加部分的外部电路即可。而对另外一些介质如电源线和射频来说，其外部的收发器则要求较高，要支持更复杂的编码电路。无论对何种介质，LonWorks收发器是一种低成本的组件，为媒介和Neuron芯片之间建立了完整的机械和电气接口。

    LonWorks采用网络变量的设计方式，包括接口I/O在内所有的信息交换均通过网络变量进行，这样给网络的设计带来极大方便。LonWorks技术除拥有现场级控制系统所要求的全部特性外，还具有其他现场总线不具有的优点：

    (1) 多介质传输。双绞线、射频、电力线、红外、电话、光纤等等都可以作为网络通信的介质；

    (2) 唯一符合ISO/OSI七层网络协议模型的现场总线系统，在充分考虑控制系统特殊要求的基础上，建立每一层网络协议；

    (3) 自由的网络拓扑结构，灵活而低成本的布线；(4) 无明显的行业限制，可很好地应用各种智能化管理系统，如楼宇自动化、智能小区等。

3  LonWorks网络组成与网络管理

    LonWorks技术包括设计、使用和支持Lon网络所需的全部工具，主要有：神经元芯片Neuron Chip、神经元芯片编程语言Neuron C、网络通信协议LonTalk、网络接口、网络路由器Router、网络收发器Transceiver和网络开发工具LonBuilder（或NodeBuilder）。这些组成LonWorks的基本要素为Lon网络的设计提供了一个完整的开发环境。FCS系统的设计者可以利用这些平台设计Lon网络中的节点并安装网络。网络中采用Neuron芯片的智能节点（可能是传感器、变送器、执行机构或其他测控设备）之间遵循LonTalk局部操作网络通信协议，这种遵循LonTalk协议的局部操作网络就称为LonWorks控制网络系统，其结构如图2所示。

图2  LonWorks网络结构示意图

    目前对LonWorks系统的网络管理有两种途径，一种是使用Visual Control进行网络管理，这种方法的优点是网络结构形象逼真，它可以将整个网络系统以树型的方式展现在用户面前，用户可以方便地增、删节点和结构分支，并可方便地查看各个节点中网络变量的数值与状态。其缺点是网络较庞大，价格也较昂贵。因为网络系统只是其中的一部分功能，故实际现场中单作为网络管理有些不经济，由于软件本身的问题，网络管理系统的故障率较高，有待进一步改进。另一种是使用LonMaker网络管理软件，它具有小巧、实用的特点。缺点是系统运行在DOS方式下，界面不太直观，但在现场管理上比较经济实用，软件所占空间小且价格便宜。笔者一般是用Visual Control进行系统设计、自定义模块的编程，并依靠它将代码下载到节点的Flash Rom中，然后用LonMaker进行网络管理。LonMaker是美国ECHELON公司为其现场总线LonWorks配套开发的网络管理组态软件，它可以通过对节点内和节点间网络变量的实时连接，在线完成控制系统的组态，这使人们可以在线重新调整组织控制系统，并可实时修改网络变量的数值与状态，以使技术人员能方便地进行现场调试及测试。

4  LonWorks在智能小区安防系统中的应用

    智能小区系统可以通过LonWorks技术互联成一个整体，使智能小区能实现集中管理、分散控制。运用LonWorks技术可以很容易地实现智能化住宅的所有功能，网络结构可以采用自由拓扑结构，布线容易。对不同的系统功能要求，网络结构无需作任何修改，只需对LonWorks节点编写相应的程序，将其直接连接到控制网络上，这使得整个智能小区具有很强的可扩展性。智能小区对整个网络进行监视、控制，对各子系统信息进行采集。用户不但可以在LonWorks网络上传输控制命令，而且可以在LonWorks网络上传输大量的服务信息，使小区的信息服务功能成为小区智能化控制系统的主要功能。

图3  LonWorks网络智能小区通信方案图

    图3所标识的连接线路是以LonWorks总线为基础的智能小区通信线路方案图，整个系统采用总线拓扑结构。各子系统内部的通信部分均采用双绞线作为传输介质，各节点以总线拓扑形式连接。各子系统分别通过一路由器，整体作为一个节点连接到LonWorks总线上。

    使用一个 i.LON Internet 服务器将LonTalk协议转换为TCP/IP协议，通过计算机网卡与管理中心计算机通信。当需要多个i.LON Internet 服务器时，可增加集线器、交换机等常规网络设备。

注意：同一信道上节点数不可超过64个，如节点数超过64个，需要增加信道。方法为：

    (1)  在i.LON Internet 服务器后级增加路由器，通过每台路由器将N（1<N<64）个节点作为一个节点连接到总线上；

    (2)  增加网络交换机及i.LON Internet 服务器，达到增加信道，进而提高节点容量的目的。

    当系统总的节点数不超过64个时，可以不使用路由器，直接将节点设备挂在总线上。

5  结语

    LonWorks技术已经成为小区智能化系统的基本规范。LonWorks网络非常容易与其他网络实现互连，可以实现远程操作和控制。LonWorks开放式、可互操作性、成熟和低成本的特点，使得众多的制造厂和用户纷纷在其控制网络方案中采用LonWorks技术。另外，对于最终用户来说，项目的初期投资大为减少，系统管理简单，增加新功能又十分简便，由此可以推断，LonWorks控制网络技术在智能小区中的应用将会越来越为人们重视和推广。