摘要：LON控制网络技术的核心是Neuron神经元芯片，同时具备通讯与控制功能。如何有效利用Neuron神经元芯片实现节点控制功能的扩展，构建更强大的控制网络极为重要。
关键词：LonWorks，Neuron芯片，功能扩展，Neuron C
一、概述
LonWorks技术是一种开放系统互连（OSI）模型，是目前唯一能够提供OSI参考模型所定义的全部七层服务的通讯协议，LonWorks技术所倡导的开放性、互操纵性设计原则，为现场总线的设计与发展提供了一个良好的典范。
Neuron神经元芯片是LonWorks总线技术的核心控制器件，是组成LonWorks系统的基本单元，它除了具备很强的总线通讯与总线控制能力以外，还可以实现各种的数据处理功能，合理使用神经元芯片的内部资源，使用神经元芯片的强大的外部扩展能力，将会方便地组成一个简洁、稳定、可靠的分布式控制系统，尤其是对一个大型的分布式控制系统，采用LonWorks技术将显得更为重要。
二、LonWorks技术特点介绍
在很多控制系统中都采用分布式系统结构，在这种体系结构中，控制由本地实现，或在局部的各控制器之间直接进行，而不需要主控制器参与完成，各控制器之间没有主从关系，由他们共同协作，来组成一个大的控制系统。在这种结构形式下，系统的可靠性被分散到各个部件上，不会因一个节点的失效导致整个系统瘫痪，从而提高了整个控制系统的可靠性。
LonWorks技术是一种通用的控制网络技术，它大量应用于Sensor_Bus、Device Bus及Field Bus中。它支持各种拓扑结构，包括：总线形、星形、环形及自由拓扑。LonWorks技术可以采用各种通讯介质，包括双绞线、光纤、电力线载波、红外线、无线传输等等，并可实现在同一个网络中混合使用。
与一般的现场总线相比，LonWorks技术具有很多优点：
（1）采用LonTalk通讯协议，遵循国际标准化组织（ISO）定义的开放系统互连（OSI）模型，是唯一能够提供了OSI参考模型所定义的全部七层服务的通讯协议；
（2） 神经元芯片可以实现通讯功能和现场控制功能，在一个神经元芯片内部包含了三个8位CPU，其中两个用于实现LonWorks网络的通讯控制，一个用来实现本地的控制功能；
（3）采用Predictive P-Persistant CSMA （猜测时间槽-载波监听多路访问）方式进行总线冲突检测，保证在网络负载很重时，不会带来网络瘫痪；
（4）采用面向对象的设计方法实现网络通讯，既采用网络变量使网络通讯的设计简化成为对参数的设置，大大地进步了通讯的可靠性；
（5）采用短包结构，进步通讯的抗干扰能力，进步了通讯的实时性，采用可变长数据帧，每帧数据长度从0-228个字节；
（6）有两种通讯速度：78KBps,1.25MBps；
（7）78KBps/s双绞线通讯距离达2700m；1.25MBps/s双绞线通讯距离达130m；
（8）同一个网上的节点数可以达到32000个。
三、 基于神经元芯片的分布式控制系统体系结构
采用LonWorks技术的控制系统，是一个全分布式的控制系统，总线上的每一个控制单元都是一个对等的控制节点;可通过路由器把LonWorks系统可分为域和子网，一个子网最多可以有64个节点，一个域最多可以有32000个节点;一个节点也可以同时分属两个不同的域，可通过该节点实现两个域之间的数据通讯，可用这种方法扩展网上的总节点数。
对于一个节点数较少的系统，或者实时性要求较高的应用系统，可采用一级或两级LonWorks控制网;对需要进行远程监控的系统，或者需要进行大量数据治理工作的系统，可考虑在相邻接点之间采用LonWorks网，远程节点之间通过i.Lon1000路由器、i.Lon SmartServer智能服务器（亦称LonWorks网络控制器），实现LonWorks网与TCP/IP网的无缝对接，通过InterNet实现对系统的远程监控。
因此，有两种不同的体系结构，（1）LonWorks网总线组成的系统。（2）底层为LonWorks总线，顶层为InterNet网。
四、Neuron神经元芯片的功能扩展方法
在利用神经元芯片设计一个控制系统时，根据我们所设计的系统复杂程度，可考虑采用以下三种不同的IO扩展方法：
（1） 神经元芯片通过11个I/O引脚扩展
这种方式是一个最小的、最简单的系统，不需要更多的外部电路，适用于单个节点控制量不多的控制系统中，它充分利用神经元芯片本身的11个I/O引脚，实现对系统的扩展，这11个引脚的功能非常灵活，可定义为34种不同的输入/输出工作方式，例如：
可定义为按字节/半字/位进行输入、输出方式。
也可定义为串行输入、输出口使用。
它可以定义为韦根码输入口，用来读写磁卡。
也可以调制输出的脉冲宽度，用于驱动步进电机。
可定义为计数器的输入口等等。
这些灵活多变的使用方式，在产业控制中带来了极大的便利，假如控制参数不多，可尽量采用这种方式，将会是控制系统非常简洁。
（2） 神经元芯片通过I/O地址扩展接口
假如利用神经元芯片本身的11个I/O引脚不能满足我们的控制要求，可考虑采用通过I/O地址扩展外部接口的结构形式，神经元芯片为我们提供了2K的I/O空间，用他们来扩展我们的I/O接口，实现系统与外部设备的互连。
（3） 神经元芯片通过外围微处理器（单片机/DSP）实现 I/O扩展
在有的应用系统中，控制参数比较复杂，可以采用前置机的方式，用一个单片机或DSP芯片专门处理复杂的控制任务，它们通过串口或并口与神经元芯片交换数据，这时神经元芯片主要实现通讯处理功能，大部分控制、数据运算工作全部由前置处理器完成。我们在研制智能化小区家庭控制器的过程中，由于每个节点的功能比较复杂，就采用这种结构形式，以缓解LonWorks控制器芯片的内部资源紧张的矛盾，满足各节点对复杂任务的要求。
这种方式实际上并不是LonWorks系统的设计初衷，Echelon公司在开发LonWorks技术时，更加夸大系统的分布性，使每个节点的功能尽可能简单，由整个网络协调一个大系统的工作;但是由于价格等方面的原因，目前我们还不可能把一个节点做的如此简单，因此便不得不采用一种折衷的扩展方法，以降低每个节点的生产成本。
TP/FT-10模块是LonWorks收发器，Neuron TMPN 3150神经元芯片可通过该收发器（TP/FT-10）模块，实现TTL信号与LonWorks信号的转换。
五、软件支持
LonWorks系统支持C语言编程，称为Neuron-C，是标准C的子集，并扩展了一条When语句，作为事件驱动的判定条件，Neuron-C是一个多任务调度程序，可通过多条WHEN语句来描述多个并行驱动的事件，也可以控制处理这些事件的优先级别;只要了解C的基本编程方法，就可以很快地把握Neuron-C的软件编程。
在LonWorks系统中，数据通讯是在表示层中完成的，在表示层中的数据称作网络变量，它可以是单个数据，也可以是数据结构。用网络变量实现数据通讯简化了分布式应用的编程，程序员不需要处理报文的缓冲区及收发节点的地址，不用选择报文处理方式，不用关心底层细节，只要对网络变量重新赋值，该网络变量的值将自动地发送到指定的节点。
LonTalk通讯协议提供四种基本类型的报文服务：确认（Acknowledge）方式，非确认（Unacknowledge）方式，请求、响应（Request/Response）方式，非确认重复（Unacknowledge repeated）方式，用这些方式，可以满足不同安全性要求的应用场合。
