LonWorks模块TP/FT\ 10及其在抄表系统中的应用 江南大学徐玲马久祥沈瑾 摘要介绍智能控制模块TP/FT\ 10的基本特点与组成;概述其中的核心技术——LonWorks现场总线技术，同时给出TP/FT\ 10在自动抄表系统中的应用方案及设计思想。 关键词智能节点现场总线自动抄表 引言 TP/FT\ 10 Flash Control Module (Model D\ 09)是采用先进的LonWorks现场总线技术，由上海高校仪器设备公司（SCU）研制并生产的智能控制模块。它是严格按照LonMark互通协会的设计要求进行设计的。该模块体积小、重量轻，工作温度为-40~+85℃，在没有中继器时支持最大的节点间距为500m，通信传输速率为78.3Kbps，同时配有引脚插座，方便插拔。用户只需在自己的外围调理电路中设计好尺寸相应的插座，将该模块插入插座中，接通电源，即构成自己需要的控制电路。 一、 TP/FT\ 10中核心技术 ——LonWorks技术简介现场总线（FieldBus）是3C技术（计算机、控制、通信）从控制室发展到过程现场的必然，是应用于过程自动化和制造业自动化现场设备的互联通信网络，而LonWorks现场总线技术正是众多现场总线的一种。 LonWorks(Local Operating Networks，局部操作网络)技术是美国Echelon公司开发的新一代现场总线技术。它包括Cypress、Toshiba和Motorola公司生产的各种神经元芯片和不同厂家开发的各类收发器;以固件形式提供的功能完善的LonTalk通信协议;由用户协会推动的旨在实现互操作性的LonMark规约等技术构件，实现了一个可互操作的，完全分布式的对等通信网络。 LonWorks技术采用了ISO/OSI模型的全部七层通信协议和面向对象的设计方法，支持双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波、电力线以及红外线等多种媒介。目前LonWorks技术已成为中国国家建设部唯一推荐采用的智能建筑技术。 · LonWorks技术包括以下几个组成部分： · LonWorks节点和路由器; · LonTalk协议; · LonWorks收发器; · LonWorks网络和节点开发工具。 二、 TP/FT\ 10的核心芯片——Neuron芯片 TP/FT\ 10智能控制模块的核心为Neuron（神经元）芯片，也是LonWorks技术的核心。Neuron芯片家族中的主要成员是Neuron 3120xx和3150芯片。3120xx芯片中包括E2PROM、RAM、ROM存储器;而3150芯片中无内部ROM，但拥有访问外部存储器的接口，寻址空间可达64KB，可用于开发更为复杂的应用系统。 TP/FT\ 10中采用Neuron 3150芯片，型号为Toshiba公司生产的TMPN3150。该芯片含有3个8位流水线作业的CPU，每个CPU各自分工不同。如图1所示：CPU\ 1是介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的第1和第2层，包括驱动通信子系图1处理器结构及存储区分配统硬件和执行MAC算法;CPU\ 2是网络处理器，它实现LonTalk协议的第3到第6层，包括处理网络变量、寻址、事务处理、权限证实、背景诊断、软件计时器，网络管理和路由等，同时还控制网络通信端口，物理地发送和接收数据包;CPU\ 3是应用处理器，它执行用户编写的代码以及用户代码调用的操作系统命令，使用的编程语言是Neuron C。 Neuron C是专门为Neuron芯片设计的编程语言。它是从ANSI C中派生出来的，对ANSI C进行了增删，如加入了通信、事件调度、分布数据对象和I/O功能。Neuron C具有稍微不同的编程聚合转换，它使用以事件为基础的编程模型，即应用程序通常由发生在网上其他地方或特定节点上的事件触发，所以网络本身是事件驱动的。Neuron C对ANSI C的扩展直接支持Neuron芯片的固件，使之成为开发LonWorks应用的强有力工具。 图2TP/FT\ 10的基本结构图三、 TP/FT\ 10控制模块的基本组成及特性 TP/FT\ 10控制模块为自由拓扑控制模块，其功能原理如图2所示。它实际是一个最小系统，包括Neuron 3150神经元芯片、一个32KB的PLCC封装的闪存AT29C256、24KB扩展RAM、自由拓扑结构的FTT\ 10A收发器以及连接电源、I/O口、网络引脚插座等。TP/FT\ 10控制模块的绝大多数器件采用高质量、低功耗的贴片封装，用户可以方便地把该控制模块插入自己开发的电路板上，嵌入应用系统中，写入应用程序，组成功能强大的LonWorks应用节点。 TP/FT\ 10的主要特点： （1） 严格按照LonMark互通协会的设计要求进行设计，方便用户构建具有互操作性的网络; （2） 采用六层电路板设计，内含电源层和接地层，具有更强的抗干扰能力; (3) 扩展了8个输出I/O口，加上Neuron芯片本身的11个I/O口，I/O口总计达到19个，增加了采集控制的信号量，有利于用户降低开发成本; (4) 内含Service指示灯及按扭，方便用户安装并直观地显示模块的运行状态; (5) 支持在线下载应用程序，使用户可在线修改、删除、更换任一节点，对整个网络的运行没有影响; (6) 与Echelon公司的FTT控制模块（如Model 55020\ 10、55010\ 10）全兼容。 四、 TP/FT\ 10在智能抄表系统中的应用 在当今社会，随着楼宇自动化及智能小区的发展和普及，人们对繁琐的水、电、气三表的抄表工作也提出自动化的要求。发展智能抄表技术是提高能耗管理水平的需要，也是网络和计算机技术迅速发展的必然。 1 系统构成 （1） 终端采集器 采用LonWorks技术的TP/FT\ 10控制模块体积小、重量轻，尺寸规格为61mm×18mm×41mm。由于该模块配有引脚插座，按尺寸设计好插座接口，将其插入自行设计的外围调理电路板上，封装后就可以构成终端采集器。TP/FT\ 10共有19个I/O口，最多可接19块脉冲能源基表。每一路脉冲信号送入模块后，TP/FT\ 10会自动读取，保存数据并根据用户编写的应用程序计算结果，送入上位机。目前国内很多LonWorks技术开发商，如重庆川仪、苏州威光、南京三思公司都采用该原理构成它们各自不同的智能节点。 （2） 中继器 中继器用于扩展通信距离和采集器数量。由于工厂、小区及村镇中采集点的分布范围较广，分布点数增加，单靠每个采集器远传数据是远远不够的。将各个采集器终端加接中继器不但可以增加采集器数量，而且可以扩展通信距离。一般情况每超过2700m或64个采集器即增加1个中继器。 （3） 网络适配器 TP/FT\ 10中采用了自由拓扑结构的双绞线收发器FTT\ 10，因此在上位机与LonWorks网络的接口中采用带有双绞线收发功能的PCLTA\ 20网卡，传输速率为78Kbps。 （4） 上位计算机 上位机主要完成动态监控及管理功能，如监控节点报警、管理用户缴费、打印报表、查询并保存历史数据等。 2 系统应用方案 只需将采集器、中继器、网络适配器、上位机通过双绞线连在一起，接上远传水、电、气表，则智能抄表系统即建成了，如图3所示。从中可以看到智能抄表系统构成简单，安装方便，非常适用于分布范围广的远程抄表系统。 图3智能抄表系统3 系统实施步骤 （1） 硬件的物理连接 以抄收电表为例，将电子式电度表的脉冲信号送入TP/FT\ 10控制模块中，通过双绞线将数据送入网络适配器与上位机通信。简单的连接原理图如图4所示。 图4节点间连接原理图（2） 软件设计 应用程序用Neuron C语言编写，主要完成信号采集，定义网络变量与上位机通信。考虑到系统的通用性、可靠性以及便于施工调试、维护等方面的要求，在编程时设置了一组方便监控的网络变量。 应用程序中部分I/O口及网络变量定义如下： network input unsigned int led\ time=2; //指示灯延时2s变量 network input unsigned longint mc=10; //指示采10个脉冲即代表1kW·h(度）电 network output unsigned longint nv\ o_computer; //输出给上位机监控 network output unsigned longint tempcount; //内部自加变量，方便监控 I/O_0 input bit io_0;//0口为脉冲采集输入端 I/O_1 output bit led; //1口为指示灯信号接收口，代表采集到信号 应用程序流程图如图５所示。 图5Neuron C流程图（3） 网络的安装与管理 应用软件设计完成之后，通过开发装置NodeBuilder或LonBiulder调试成功后生成.XIF和NEX文件下载到TP/FT\ 10模块中，接通电源后即可进行网络安装。LonWorks技术员的网络安装工具为LonMaker For Windows。它采用微软的Visio作为界面视图，通过Neuron芯片的48位ID号来唯一标识节点地址。用该工具还可以完成网络变量的捆绑，对网络变量实时监控，可对其进行在线修改，更方便了网络的调试和维护。 （4） 上位机的动态监控 上位机的动态监控采用Echlon公司的LNS DDE Server完成，监控软件可采用Visual Basic 60开发，主要完成自动收费、数据查询等功能。由于篇幅限制，不作详细介绍。 结束语 本文主要介绍了TP/FT\ 10的特点及功能并给出了该模块在智能抄表系统中的应用。TP/FT\ 10控制模块利用先进的LonWorks技术，采用了固化的LonTalk协议，大大简化了开发人员的工作量，有利于他们集中精力设计并开发出更好的应用对象，从而节省了大量的开发时间。TP/FT\ 10控制模块构成的抄表系统也具有功能强大、数据准确、信息量大、安全可靠的特点。由此可见，基于LonWorks技术本身的特点，它无疑是智能抄表最先进、最可靠、最廉价的技术。MES 参考文献 1阳宪惠主编.现场总线技术及其应用.北京：清华大学出版社，1999 2杨育红.LonWorks网络控制技术及其应用.西安：西安电子科技大学出版社，1999 3《LonWorks技术及其应用》讲座.自动化仪表,1999(7)~2000(9) 4邓文,等.电能自动抄表技术及相关思考.电测与仪表, 2001(1) 5吴坚.基于LonWorks现场总线技术的分布式温度检测系统设计.电子与自动化,2000(6) 6任条娟.住宅“三表”自动抄收系统的开发.电子与自动化, 2000(3) 7LonMaker For Windows User’s Guide 2.0.ECHELON,2000 8LNS DDE Sever User’s Guide.ECHELON,2000 9TP/FT\ 10 Flash Control Modle 说明.上海高校仪器设备公司 10张广生,等.LonWorks现场总线的特殊应用及前景.广东自动化与信息工程,2000(1)