第5章-Lonworks智能控制网络2课件.ppt

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1、2022-4-1712022-4-172LonWorks 神经元芯片 晶振 电源 I/O 调理 收发器 ROM 传感器和执行器 LonWorks 网络 2022-4-173I/O设备设备Neuron芯片芯片收发器收发器I/O设备设备主处理器主处理器Neuron芯片芯片收发器收发器通信端口通信端口I/O端口LON网LON网基于基于Neuron芯片的节点芯片的节点 基于主机（单片机、基于主机（单片机、PC机）的节点机）的节点2022-4-174节点节点1节点节点2LON网network output int yewei1;network input int yewei2;2022-4-175 每一

2、个网络设备都有一个收发器。收发器在一个LonWorks设备与LonWorks网络之间提供了一个物理通讯接口。 LonWorks技术的核心是神经元芯片(Neuron Chip)。对开发者来说，神经元芯片之优越在于它的完整性。内装协议和处理器，免除了在这些方面的任何开发和编程。神经元芯片提供了ISO/OSI模型中7层通信协议的6层，只需要提供应用层编程和配置。2022-4-176l 目前LONWORKS现场总线技术已经在国内广泛应用。由ECHELON公司推出的FTT控制模块（Model 55020-10）,以其体积小、安装简便、易于标准化、模块化，已成为LONWORKS 现场总线控制模块的主流产品

3、。l 许多第三方开发商大量购买这种OEM模块，作为其系统集成的主要控制单元。 2022-4-177 LonWorksLonWorks是唯一支持多种传输介质的系统，它是唯一支持多种传输介质的系统，它允许开发者选择那些最能满足他们的要求的传输介允许开发者选择那些最能满足他们的要求的传输介质和通讯方法。质和通讯方法。 路由器是一个特殊的节点，由两个路由器是一个特殊的节点，由两个NeuronNeuron芯片芯片组成，用来连接不同通讯媒介的组成，用来连接不同通讯媒介的LONLON网络。网络。路由器能路由器能够控制网络流量，增加网络的吞吐量和网络速度够控制网络流量，增加网络的吞吐量和网络速度。2022-4

4、-178 RTR10 路由器 核心模块 电源 安装按钮 A边收发器 B 边收发器 RTR-10 路由器模块构成的路由器框图 2022-4-179 LONWORKS技术采用技术采用LonTalk协议，可以通过编协议，可以通过编程器或网络管理工具下载到设备中。程器或网络管理工具下载到设备中。2022-4-1710 Lon的神经元芯片可以容许的通信介质类型非常广泛，如双绞线、电力线、无线电、红外线、同轴电缆、光纤等。 2022-4-1711（1 1）独立的）独立的PCPC机：机：PCLTA-20 PC LonTalkPCLTA-20 PC LonTalk适配器，是一个封适配器，是一个封装在标准的装在

5、标准的PCPC机机 PCIPCI适配卡上的网络接口设备。通过它可适配卡上的网络接口设备。通过它可以使用网络工具，如以使用网络工具，如LonMakerLonMaker工具。工具。（2 2）笔记本电脑：）笔记本电脑：PCC 10 PCPCC 10 PC卡提供了一个简洁的卡提供了一个简洁的PCMCIA PCPCMCIA PC卡式的网络接口卡式的网络接口（3 3）EchelonEchelon公司的公司的SLTA-10SLTA-10系列系列LonTalkLonTalk适配器可与一个调适配器可与一个调制解调器相连以实现拨号上网。制解调器相连以实现拨号上网。（4 4）i.LON 1000IPi.LON 10

6、00IP服务器支持同服务器支持同InternetInternet、IntranetIntranet，或，或VPNVPN的远程连接。的远程连接。2022-4-1712 Neuron芯片的编程语言为Neuron C，它是从ANSIC派生出来的。LONWORKS提供了一套节点开发工具Node Builder。 另外，LonMaker for Windows是网络设计和系统管理工具。2022-4-1713LonTalk协议遵循协议遵循ISO定义定义 (OSI)模型，并提供了模型，并提供了OSI所定义的全部所定义的全部7 7层层服务。它的特点：服务。它的特点：（1)1) 支持双绞线、电力线、无线、红外线

7、、同轴电缆和支持双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的光纤在内的多种传输介质多种传输介质。（2 2）互操作性强，响应快，通信可靠。互操作性强，响应快，通信可靠。 （3 3） LonTalk协议使用协议使用网络变量网络变量与其它节点通信。网络与其它节点通信。网络变量可以是任何单个数据项也可以是结构体。变量可以是任何单个数据项也可以是结构体。（4） LonTalk协议支持总线型、星型、自由拓朴等协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种多种拓朴结构拓朴结构类型类型 。（5）LonTalk采用分级编址方式（域、子网、节点）采用分级编址方式（域、子网、节点）2022-4-1714 OSI 层次层

8、次标准服务标准服务LonWorks提供的服务提供的服务处理器处理器7应用层应用层网络应用标准网络变量类型应用CPU6表示层表示层数据表示网络变量，外部帧传送网络CPU5会话层会话层远程遥控动作请求/响应，认证，网络管理网络CPU4传送层传送层端对端的可靠传输应答，非应答，点对点，广播，认证等网络CPU3网络层网络层传输分组地址，路由网络CPU2 数据数据链路链路层层链路层链路层帧结构 帧结构，数据编码，CRC错误检查 MAC CPUMAC子层介质访问带预测P-坚持 CSMA，碰撞规避，优先级，碰撞检测1物理层物理层电路连接介质，电气接口MAC CPU，XCVR2022-4-1715支持的传输介

9、质l双绞线l电力线l同轴电缆l光纤l无线l红外线数据编码l双绞线使用差分曼切斯特编码l电力线使用扩频l无线通信使用频移键控(FSK)2022-4-1716 2022-4-1717l链路层分成逻辑链路控制子层和介质访问控制（MAC）子层。lMAC子层负责媒体访问2022-4-1718l LonTalk采用改进的CSMA介质访问控制协议带预测、P-坚持的CSMA在监听到网络空闲后，所有的节点都根据网络积压参数等待一个随机时间后访问介质l CSMA：载波监听多路访问l P-坚持：节点在发送普通报文前平均插入W/2个随机时间片l 预测：W随网络积压状况变化动态调整，W16*BL BL为对网络积压的估计

10、值预测当前发送周期会有多少个节点需要发送报文2022-4-1719当插入时间片结束时，若网络仍为空闲，则节点发送报文否则节点继续监听检测网络是否有空闲每个节点都有一个对网络积压的估计值BL网络负荷轻时，插入的时间片少，节点发送前的等待时间短网络负荷增加，插入的时间片长，则等待时间长2022-4-1720l 36个LonWorks节点互联，每秒传输报文5001000个数据包采用一般P坚持算法，碰撞率从10上升到54采用预测的P支持算法时在500包以下时碰撞率相当在5001000包重负荷的时，碰撞率仍稳定在102022-4-1721l LonWorks提供了一个可供选择的优先级机制为提高紧急事件的

11、响应时间由用户为每个需要优先级的节点分配一个特定的优先级时间片(priority slot)具有优先级报文将在该时间片里发送出去优先级时间片可从0127l 0表示不需要等待立即发送l 1表示等待一个时间片l 2表示等待两个时间片， l 非优先级的节点必须等待优先级时间片之后，再等待P-坚持的随机时间片，才能发送l 加入优先级的节点总比非优先级的节点具有更快的响应时间 2022-4-1722 报文周期 平均等待时间 Beta1 Beta2 报文 报文 优先级带预测的 P-坚持 CSMA 示意图 1 2 n 优先级时间片 2022-4-1723l给用户提供一个简单的通信接口，定义了如何接收、发送和

12、响应等。l在网络管理上有网络地址分配出错处理网络认证流量控制路由器的机制也是在这一层实现。2022-4-1724l 网络地址的组成要素域(Domain)、子网(Subnet)、节点(Node)地址。还有组地址和Neuron ID芯片地址l 域（又称虚拟网）LonTalk不支持任何域间通信不同域中的通信彼此独立，网络管理在域内进行l 子网子网是由最多127个节点组成的子集，是一个或多个通道的逻辑分组子网内不发生路由，子网间通过智能路由器实现数据交换每个域最多可命名255个子网（8位）2022-4-1725l 节点一个物理节点同时最多可为两个子网成员一个域最多可有：255127=32385个节点

13、l 组，成员组由域内的节点构成组内的成员能相互辨认域内可命名256个组每个节点可同时成为15个组的成员网络变量的概念可用于组l Neuron ID由生产商命名，48位一般只在网络安装和配置时使用。2022-4-1726 图图3-33 分层编址示意图分层编址示意图每个域最多有255个子网，一个子网最多可以包括127个结点2022-4-1727 单一信道多个子网单一信道多个子网子网不能跨越智能路由器子网不能跨越智能路由器2022-4-1728同一区段上的多个子网同一区段上的多个子网分属于两个域的节点子网归属分属于两个域的节点子网归属2022-4-1729一个域中的所有节点归属一个子网一个域中的所有

14、节点归属一个子网2022-4-1730组编址示意图组编址示意图2022-4-1731l 地址命名元素的基本组合地址命名元素的基本组合域（子网域（子网=0）域，子网域，子网域，组域，组域，子网，节点域，子网，节点域，域，Neuron ID2022-4-1732源子网 1 源节点 目标子网 源子网 1 源节点 目标组 源子网 1 源节点 目标子网 1 目标节点 源子网 0 源节点 目标子网 1 目标节点 组 组员 源子网 1 源节点 目标子网 Neuron ID 8 1 7 8 1 7 8 8 48b 0 3 2b 2a 1 图 7.9 报文地址结构 2022-4-1733l 0为广播帧目的子网地

15、址位0时，对域中所有节点发送该广播帧目的子网地址位非0时，对子网内所有节点发送该广播帧其地址由源节点的子网与节点地址、目的节点的子网地址按图排列而成l 1为对目标组内所有节点多通道传输的数据帧其地址由源节点的子网与节点地址、目的节点的组地址按图排列而成l 2a为对子网内某一个节点单通道传输的数据帧其地址由源节点的子网与节点地址、目的子网地址、目的节点的节点地址按图排列而成；2022-4-1734l 2b为对子网内某一个节点多通道传输的数据帧其地址由源节点的子网与节点地址、目的子网地址、目的节点的节点地址、域中的组号、组员编号按图排列而成；l 3为直接对某个48位的Neuron ID 节点单通道

16、传输的数据帧其地址由源节点的子网与节点地址、目的子网地址、以及节点的Neuron ID按图排列而成 2022-4-1735l传输层的功能提供节点间1对1、1对多的可靠传输l会话层的功能提供请求/响应的机制2022-4-1736l提供五类服务网络变量的服务显式报文的服务网络管理的服务网络跟踪的服务（查询和测试）通信服务（冲突检测和避免）2022-4-1737l 网络变量NVNV可包含任何数据项（温度、开关值、或执行器位置)从通信的角度分为输入网络变量或输出网络变量期望从网上其他装置得到的网络变量为输入网络变量期望提供给网上其他装置的网络变量为输出NV2022-4-1738l 网络变量在应用程序中

17、被定义网络变量可以是整型、字符型或结构等类型l 变量互连一个输入网络变量可以和其它节点的多个输出网络变量互连一个输出网络变量也可以和其它节点的多个输入网络变量互连输出变量和输出变量、输入变量和输入变量不能互连l 一个网络变量可以与一个或多个其他节点的同类型网络变量绑定2022-4-1739l 请求请求/响应响应(Request/Response)一个报文发送给一个或一组节点一个报文发送给一个或一组节点,并等待来自每个接收节点并等待来自每个接收节点的响应的响应.它是最可靠的服务它是最可靠的服务.适用于远程调用或适用于远程调用或Client/Server方式方式.l 确认确认(Acknowledg

18、ed Repeated)是与请求是与请求/响应相等价的服务类型响应相等价的服务类型,也是最可靠的服务也是最可靠的服务.l 非确认重复非确认重复l 非确认非确认2022-4-1740l 网络管理包括网络安装、网络维护 、网络监视 网络安装l动态分配网络地址l将每个节点的网络变量和显示报文连接起来l实现设备间的通信 网络维护l节点的新增与去除网络监视l从上位机随时了解该网络中所有节点网络变量和显示报文的变化情况 2022-4-1741l LonMark互操作协会l LonMark对象是应用层互操作性的基础l LonMark对象定义：是一个或多个输入和输出网络变量及一系列配置属性的封装体l LonM

19、ark设备：包括一个或多个LonMark对象l 节点对象l 特定LonMark对象l 通用LonMark对象2022-4-1742l 配置属性l 标准网络变量类型（SNVT）通信双方网络变量数据格式必须一致由LonMark协会选择哪个作为标准的网络变量类型l 功能块2022-4-1743l基本步骤：基本步骤：新建网络新建网络加入设备加入设备加入功能块加入功能块添加网络变量添加网络变量网络变量的连接网络变量的连接2022-4-17442022-4-17452022-4-17462022-4-17472022-4-17482022-4-17492022-4-17502022-4-17512022-

20、4-17522022-4-17532022-4-17542022-4-17552022-4-17562022-4-17572022-4-17582022-4-17592022-4-17602022-4-1761 Neuron C是是Echelon公司为方便用户对公司为方便用户对Neuron芯片的使用，在芯片的使用，在ANSI C基础上专门开发的编基础上专门开发的编程语言程语言 本小节内容：本小节内容： Neuron C简介简介 Neuron C编程基础编程基础 网络变量网络变量 显示消息显示消息 2022-4-1762 1. Neuron C与与ANSI C的主要差别的主要差别 对对ANSI

21、C的扩展：的扩展： when语句实现多任务调度语句实现多任务调度 I/O I/O对象对象 网络变量网络变量 秒及毫秒级秒及毫秒级软件定时器软件定时器 显示消息传递显示消息传递 函数库函数库 与与ANSI C的不同：的不同： 不需要不需要main（）；（）； 只保留了很少一部分只保留了很少一部分ANSI C的库函数的库函数 支持二进制常数表示方式（支持二进制常数表示方式（0b1101=130b1101=13） 2022-4-1763 2. Neuron C的数据类型的数据类型 整型数据整型数据 整型常数整型常数: 十进制、十六进制、二进制十进制、十六进制、二进制 整型变量整型变量：有：有(无无)

22、符号符号短整型、有短整型、有(无无)符号长整型符号长整型 字符变量字符变量 有符号字符：表示一个有符号字符：表示一个ASCII字符或字符或-128127的整数的整数 无符号字符：表示一个字节或无符号字符：表示一个字节或0255的整数的整数 枚举类型枚举类型 eg：Neuron C中有一个枚举类型变量boolean，即： typedef enum FALSE,TRUE boolean 其他其他 2022-4-1764 1. 调度程序调度程序 负责负责Neuron芯片的任务调度：芯片的任务调度：任务调度是由事件驱动任务调度是由事件驱动 的，如的，如:当一个给定的条件当一个给定的条件判断为判断为“T

23、RUE”，与该条件有关的，与该条件有关的 代码体（任务）即代码体（任务）即执行执行 eg：when (timer_expires(led_timer) /when子句 io_out（io_led，OFF）；/关闭LED任务 2022-4-1765 when()子句的语法定义：子句的语法定义： priority when(event) task 2022-4-1766 when子句的事件类型：子句的事件类型： 预定事件：预定事件： 系统级事件（复位）系统级事件（复位）输入输出改变事件输入输出改变事件 定时器事件定时器事件 网络变量网络变量 用户自定义事件：任意有效的表达式用户自定义事件：任意有效

24、的表达式2022-4-1767 when子句的调度子句的调度 调度程序对一组调度程序对一组when子句的判断过程是一个子句的判断过程是一个循环的过程循环的过程 调度程序对普通调度程序对普通when子句判断之前，都将对子句判断之前，都将对具有优先级的具有优先级的when子句进行判断：子句进行判断：2022-4-1768 2. 软件定时器软件定时器 秒定时器：秒定时器：提供的时间间隔是提供的时间间隔是165535s 毫秒定时器：毫秒定时器：提供的时间间隔是提供的时间间隔是164000ms 定时器的定义定时器的定义 mtimer repeating timer-name =initial-value

25、； stimer repeating timer-name =initial-value； repeating：如果定时器时间溢出，定时器将自动启动 initial-value：提供初值，在加电或复位时有效注：一个应用程序中，最多可以定义注：一个应用程序中，最多可以定义1515个软件定时器对象个软件定时器对象2022-4-1769定时器的定义，关闭，剩余时间测量举例：stimer led_timer;when(reset)led_timer=5;/启动定时器when()led_timer=0;/关闭定时器when()time-remaining=led_timer;读取定时剩余时间2022-4

26、-1770 定时器时间溢出事件定时器时间溢出事件 timer_expires (timer-name)举例：举例：stimer led_timer;when(timer_expires(led_timer) io_out(io_led,OFF);2022-4-1771 3. 输入输出对象输入输出对象定义输入输出对象定义输入输出对象使用输入输出资源使用输入输出资源执行输入输出函数及事件执行输入输出函数及事件io_in();io_out();io_changes事件事件io_update_occurs事件事件input_value变量变量2022-4-17721. 概述概述 网络变量是网络变量是L

27、ON节点之间实现数据共享节点之间实现数据共享的主要传输手段的主要传输手段 网络变量可定义为输入网络变量和输出网网络变量可定义为输入网络变量和输出网络变量络变量 网络变量的类型：网络变量的类型： 整型、字符型、枚举整型、字符型、枚举 由以上类型构成的结构、共同体由以上类型构成的结构、共同体 以上类型组成的一维数组以上类型组成的一维数组 标准网络变量（标准网络变量（SNVT） 2022-4-1773 网络变量的定义：包括网络变量的方向、类网络变量的定义：包括网络变量的方向、类型、变量名，以及其他一些可选参数型、变量名，以及其他一些可选参数 网络变量的连接：网络变量的连接：给节点分配网络地址给节点分

28、配网络地址捆绑输入捆绑输入/输出网络变量输出网络变量 2022-4-17742、网络变量的应用例子、网络变量的应用例子使用网络变量连接开关节点和灯节点使用网络变量连接开关节点和灯节点如图如图5-30所示设计开关节点和灯节点所示设计开关节点和灯节点2022-4-1775灯节点的应用程序：灯节点的应用程序：P266#includenetwork input SNVT_lev_disc nv_lamp=ST_ON;#define LED_ON 1#define LED_OFF 0IO_0 output bit ioLED= LED_OFF;when(nv_update_occures(nv_lamp

29、)io_out(ioLED,(nv_lamp!=ST_OFF)? LED_ON : LED_OFF)2022-4-1776开关节点的应用程序：开关节点的应用程序：P266#includenetwork output SNVT_lev_disc nv_switch=ST_OFF;#define BUTTON_DOWN 1#define BUTTON_UP 0IO_4 input bit ioBUTTON= BUTTON_UP;when(io_changes(ioBUTTON)to BUTTON_DOWN)nv_switch=(nv_switch!=ST_OFF)?ST_OFF:ST_ON2022

30、-4-1777特点：特点： 要求应用程序介入的程度高要求应用程序介入的程度高 容易构成容易构成0228B的长数据的变长度的长数据的变长度消息消息 提供有请求提供有请求/响应机制，可实现远程调响应机制，可实现远程调用用 实现节点间交换数据比网络变量复杂实现节点间交换数据比网络变量复杂2022-4-17781、构成一个报文、构成一个报文报文输出对象的名字为报文输出对象的名字为msg_out，结构体，结构体priority ontagcodedataservicedest_addr 举例：举例：P2682022-4-1779msg_tag motor;#define MOTOR_ON 0#defin

31、e ON_FULL 100msg_out.tag=motor;msg_out.code= MOTOR_ONmsg_out.data0= ON_FULL2022-4-17802、发送一个报文、发送一个报文msg_send函数，举例：函数，举例：3、接收一个报文、接收一个报文msg_arrives（message_code）事件）事件msg_receive函数函数(将数据接收到将数据接收到msg_in)msg_in对象对象2022-4-17814、显式报文的应用例子、显式报文的应用例子1）开关节点）开关节点IO_4 input bit io_switch_in;msg_tag TAG_OUT;#d

32、efine LAMP_ON 1#define LAMP_OFF 0when(io_changes(io_switch_in)msg_out.tag= TAG_OUT;msg_out.code=(input_value=1)?LAMP_ON:LAMP_OFF;msg_send();2022-4-17822）灯节点）灯节点IO_0 output bit io_lamp;#define LAMP_ON 1#define LAMP_OFF 0when(msg_arrives)switch(msg_in.code)case LAMP_ON:io_out(io_lamp,1);case LAMP_OFF:

33、io_out(io_lamp,0);2022-4-1783lNodeBuilder节点开发工具节点开发工具li.LON互联网连接设备互联网连接设备lLonMaker网络集成工具网络集成工具lLNS DDE Server2022-4-1784l软件设计一般步骤：软件设计一般步骤：定义定义I/O对象对象定义定时器对象定义定时器对象定义网络变量和显式消息定义网络变量和显式消息定义任务定义任务完成自定义函数完成自定义函数2022-4-1785l控制模块控制模块图图5-31，图，图5-32l基于控制模块的节点开发实例基于控制模块的节点开发实例图图5-33程序程序2022-4-1786#pragma en

34、able_io_pullups#include #define LED_ON 0#define LED_OFF 1#define BUTTON_DOWN 0#define BUTTON_UP 1IO_0 output bit ioLed1=LED_OFF;IO_4 input bit ioSwitch=BUTTON_UP;network input SNVT_lev_disc nv_led1_state=ST_OFF;network output SNVT_lev_disc nv_switch1_state=ST_OFF;mtimer delay_timer1;2022-4-1787精品课件精

35、品课件！2022-4-1788精品课件精品课件！2022-4-1789when(io_changes(ioSwitch1) to BUTTON_DOWN)delay_timer1=20;when(timer_expires(delay_timer1)&!(io_changes(ioSwitch1) to BUTTON_UP)nv_switch1_state=(nv_switch1_state=ST_OFF)?ST_ON:ST_OFF;when(nv_update_occurs(nv_led1_state)io_out(ioLed1,(nv_led1_state=ST_ON)?LED_ON:LED_OFF);