(海思研发中心提供)
信息技术的快速发展，带来了网络技术的飞跃。近年来，测控系统正在向分布式、网络化、智能化方向发展。分布式测控系统的关键在于其联网技术，即通常所说的现场总线技术。目前，常见的现场总线如FF、LonWorks、Profibus、CAN等，这种多种现场总线技术并存现象将在市场上相当长的时间内维持着，并在不同的应用领域得到了不同程度的应用。如在楼宇自控、智能家居、轨道交通、船舶控制、能耗监测等，美国Echelon公司推出的LonWorks技术就得到了大量应用。LonWorks技术为设计和实现可互操作的控制网络提供了一套完整、开放、成品化的解决途径。
一、LonWorks技术概述
LON是局部操作网络（Local Operating Network）的缩写。它是由美国Echelon公司研制、于1990年正式公布的现场总线技术。它满足了ISO/OSI模型中完整的七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其最高通信速率为1.25Mbps（通信距离不超过130m），最远通信距离为2700m（通信速率为78Kbps），节点总数可达32000个。网络的传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等。
LON总线的信号传输采用可变长帧结构。每帧的有效字节为0～288个。LonTalk通信协议被封装在Neuron神经元芯片中。芯片中有3个8位CPU，一个用于实现ISO/OSI模型中的第1层和第2层的功能，为媒体访问控制处理器；第二个用于完成3～6层的功能，为网络处理器；第三个对应于第7层，为应用处理器。芯片中还具有信息缓冲区，以实现CPU之间的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。
二、LonWorks技术应用领域
LonWorks技术最大的应用领域在楼宇自控方面，它包括建筑物监控系统的所有领域，即出/入口控制、电梯监控和能源监管、消防、救生、安全、照明、暖通空调、测量、保安等等。在楼宇自控系统中，LonWorks协议中的介质访问控制层（MAC层），即七层协议中的第一、二层已被美国供暖、空调和制冷工程师学会（ASHRAE）接纳为建筑自动化控制网络（BACnet）的标准，同时也被美国国家标准协会（ANSI）制定的有关标准所采纳。在欧洲，LonWorks协议被认为是欧洲标准CENTC247和CENTC205的一部分。在工业控制领域，根据自动化研究协会（ARC）和风险开发协会（VDC）的独立研究，LonWorks网络被认为是工业传感器和设备总线网络市场的开拓者和领导者。LonWorks网络取消了那些复杂的配线约束，取消了PLC和PC，将控制分散到整个网络节点上去。在半导体制造工厂、气体压缩站、石油储罐区、石油和水泵站、印染厂、造纸厂等应用领域都占有重要的地位。
世界上有超过半数的半导体生产厂家安装了LonWorks控制网络，在通过严格的考察之后，半导体设备材料国际（SEMI）最后选择了LonWorks协议作为半导体生产的传感器总线标准之一。
美国国家航天航空总署（NASA）控制的AGATE工业协会选择LonWorks协议作为下一代民用飞行器标准的一部分。
美国铁路运输联盟选择LON控制网作为将100多万节车厢改装成电控气动刹车系统的最佳方案。纽约城市运输管理局和新泽西州运输管理局已确定LonWorks网络为铁路车厢控制网络的标准。世界各地的运输业公司都正在将LonWorks网络用于急救车、活动住房车、铁道路口信号和栅栏等系统中。
在家电市场，电子工业协会（EIA）的集成家用系统（IHS）技术委员会正在计划最终建立一个基于LonWorks技术的全新家用控制网络标准EIA709。
在加油站系统中，国际加油站标准论坛（IFSF）已把LonWorks技术选定为加油站通信标准。欧洲的加油站使用LonWorks网络来控制泵、油罐计量、电子信号、轿车清洗、付款终端、照明、保安和制冷等服务。
由此可见，LonWorks技术已深入到很多领域，在新一代自动化控制系统中占有重要的地位。
三、LonWorks开放性给用户提供了选择权
LonWorks技术具有很好的开放性，符合LonMark标准的不同制造商的产品可在同一网络上协调工作。技术的开放性最大限度的降低了可能的垄断利润，使用户花更少的钱，选用各制造商更合适的产品。这就意味着用户摆脱了第一家供货商的限制，甚至在第二期工程中不再选用第一家供货商的产品，而能与一期工程连接，降低投资风险；同时，将来现有的LonWorks网上可以连接报警、求助、楼宇自动化等设备、而无需网络投资。当然，这些设备你可以从其它你信赖的制造商那里购买，只要他们的产品符合LonMark标准。这样的制造商遍及海内外，并且LonWorks技术在中国发展很快。开放性给客户带来了很大的主动权，而封闭的系统很难与其它公司的产品互连、增加了客户将来改变产品选型的可能性、减少了投资风险及垄断售后服务的高额利润，从长远看减少了客户的总投资。
四、LON控制网络技术优势
LonWorks是唯一涵盖全部三个层次（Sensor Bus、Device Bus和Field Bus），符合ISO/OSI7层参考模型的现场总线技术。在一个多种层次的现场总线产品并存竞争的现实环境下，LonWorks兼收并蓄，成为连接过去、包容现在、面向未来的工业总线技术。另外，LonWorks技术的另一个特点是无行业限制。它不是针对某特定应用领域而设计，所以智能设备/系统，智能仪器/仪表，智能I/O模块，智能控制器等等，都可以使用这一技术。
LonWorks技术的核心是神经元芯片(Neuronchip)，有以下几个特点：
1、LonWorks技术的Neuron芯片，同时具备了通信与控制功能，并且固化了ISO/OSI的全部七层通信协议，以及34种常见的I/O控制对象。
2、改善了CSMA，LonWorks称之为PredictiveP-Persistant CSMA。这样，在网络负载很重时，不会导致网络瘫痪。
3、LonWorks网络通信采用了面向对象的设计方法，称之为"网络变量"。使网络通信的设计简化成为参数设置。这样，不但节省了大量的设计工作量，同时增加了通信的可靠性。
4、LonWorks技术的通信的每帧有效字节可以从0到228个字节。
5、LonWorks技术的通信速度可达1.25MBps（此时有效距离为130M）。
6、LonWorks技术一个测控网络上的节点数可以达到32000个。
7、LonWorks技术的直接通信距离可以达到2700m（双绞线，78KBps）。
8、针对不同的通信介质有不同的收发器和路由器。
四、神经元芯片的主要作用
LonWorks技术的核心是神经元芯片(Neuron Chip)。它是由美国Echelon公司研制的一种集通信、控制、调度和I／O支持为一体的高级VLSI器件。并只受权由美国MOTOROLA和日本TOSHIBA公司生产。通过对硬件和固件（firmware）的有机结合，芯片可以提供LonWorks网络节点需要的所有关键功能。即处理所有LonTalk通信协议消息，传感信号输入和控制信号输出，存储和安装指定的参数及程序，实现各种应用功能等。
神经元芯片内部含有3个8位流水线作业的微处理器（CPU）。其中处理器1＃为介质访问控制处理器（mediaaccesscontrol），它控制LonTalk七层协议中的第1层物理层和第2层数据链路层，并可以驱动通信子系统的硬件来完成冲突避免算法。处理器1＃通过共享存储器中的网络缓冲区与处理器2＃通信。处理器2＃为网络处理器（network），它控制网络协议中的第3层到第6层（网络层、运输层、会话层和表示层），可完成网络变量进程、编址、处理事项进程、报文鉴定、软件定时器、网络管理和路由寻址等功能。处理器2＃使用共享存储器中的网络缓冲区与处理器1＃通信，使用应用缓冲区与处理器3＃通信。处理器3＃为应用处理器（application），它实现网络协议中的第7层应用层，执行用户代码和用户代码调用的操作系统来进行工作，大部分应用程序的编程语言为NeuronC。处理器3＃使用共享存储器中的应用缓冲区与处理器2＃通信。除应用层需由用户编程外，其余6层都由固件来完成。所谓固件就是固化在芯片内（或芯片外）ROM中的有关通信协议的软件。用户可以完全不必关心网络底层的事情，例如网络介质访问控制等等，这些都由处理器1＃和处理器2＃自动完成。
神经元芯片的3个处理器都拥有自己的寄存器集。同时共享数据和地址ALUs以及存储访问电路。每个CPU的最小周期为3个系统时钟周期，每个系统时钟周期为2个输入时钟周期，3个处理器的最小周期之间间隔一系统时钟周期，因而每个处理器在每个仪器周期（22个输入时钟周期）内可访问存储器和ALUs一次。这样就减少了硬件而并不影响功能。
当芯片工作在最大时钟频率（10MHz）时，外存的响应时间应不大于90ns，随着输入时钟频率的降低，对外存响应时间的要求也随之降低。可选择的时钟频率有10MHz、5MHz、2.5MHz、1.25MHz、625kHz。必须让使能时钟（enableclock）周期与系统时钟周期一致，为输入时钟周期的1／2。当数据在神经元芯片和外存之间传输时，为低，所有存储器包括内部和外部的，都可被任一个处理器在仪器周期的相应阶段访问，存储总线一次只能被一个处理器使用。
在神经元芯片中有2个16位的定时器／计数器单元，其中第一个字时器／计数器单元输入可在IO4～IO7中选择，而输出在IO0。第二个定时器／计数器单元输入在IO4，输出在IO1。若定时器／计数器只用作输入信号，则IO0和IO1可作它用。定时器／计数器的时钟和使能输入可从外部引脚输入，也可将系统时钟分频后输入，两个定时器／计数器的时钟频率相互独立。外部时钟的作用可选择在脉冲的上升沿和下降沿。在控制单元中需要采集和控制功能,为此,神经元芯片特设置11个I/O口。这些I/O口可根据需求不同来灵活配置与外围设备的接口,如RS232、并口、定时/计数、间隔处理、位I/O等。神经元芯片通过5只引脚（CP0～CP4）与各种通信介质接口即网络收发器连接。通信接口可以在3种模式下工作，即单端模式、差分模式和特殊模式。
神经元芯片还有一个时间计数器,从而能完成Watchdog、多任务调度和定时功能。神经元芯片支持节电方式,在节电方式下系统时钟和计数器关闭,但状态信息(包括RAM中的信息)不会改变。一旦I/O状态变化或网线上信息有变,系统便会激活。其内部还有一个最高1.25Mbps、独立于介质的收发器。由此可见,一个小小的神经元芯片不仅具有强大的通信功能,更集采集、控制于一体。在理想情况下,一个神经元芯片加上几个分离元件便可成为DCS系统中一个独立的控制单元。
