开放型LonWorks控制网络的优化设计

1 引言

由美国Echelon公司在90年代推出的LonWorks凭借其开放的网络操作系统，标准的网络通讯协议，丰富的介质接口模板和支持多种介质间互相通信等特点[1]，已在楼宇智能控制等诸多领域内得到了很好的应用。本文将探讨如何优化LonWorks控制网络，使其更安全、便捷、有效地服务于各行各业。

2 硬件性能优化

2.1路由器

采用路由器控制网络交通，将其它区域的交通进行网络分段，从而增加信息通量、网络容量及网络速度，提高网络性能。当网络使用不同的介质类型或波特率时，要使用路由器。连接到一个路由器上的两个信道在物理上是隔离的，因而一个通道失效不影响另一通道的正常使用，提高LonWorks网络的可靠性。

2.2寄生耦合

时钟/存储器电路对于外部的和其它邻近的金属表面的寄生电容加剧了电磁干扰，此外，导线、回路布局不当时高速信号引入的电磁耦合干扰也会产生影响。为了解决节点寄生耦合的问题，要使高速信号线尽可能短，并安排在PCB的插件面，远离网络和电源的连接端，尽量减少电路中的回路面积以减少耦合的可能性；信号线避免平行走线，在信号线的周围和网络、电源的连接端周围都应布地线作屏蔽；数字地和模拟地分开，各电路地线在一点汇总后接入总地线；板中导线应避免大环形的布局，尽可能将同一输出而电流相反的导线平行布设，以减少对其它导线的耦合[2]。

2.3电源分配及解耦

从交流电网到稳压电源输出的直流电包含了大量的电磁干扰信号，即使在同一电源上的各个电子设备也会通过电源线的传导相互干扰。为减小传导干扰，电源的分配可通过低感抗的宽线和平面来实现，同时在PCB的插件面上各集成芯片的电源和地线间加吸收电容，用0.01F的电容，直接接到每个集成电路芯片的电源端与地线之间，可达到比较好的解耦效果。

2.4静电放电ESD

LonWorks设备无法实现全密闭式的屏蔽，不可避免地要和外界接触，时常会遭受5～10kV的电击，这可能导致一组数据传输的失败，必须采取一些措施使设备能继续正常工作，因此在外壳开口和内部电路之间应留有足够长的放电距离，尽量使电路敏感部分远离开口；对LED电路、键盘扫描等开放环境采用箝制二极管和解耦电容将ESD电弧引入地线；复位RESET引线是一条高阻抗的共用电路，对干扰比较敏感，应接入小的解耦电容（总值不超过250pF），尽量缩短复位RESET引线长度，并在其周围布线屏蔽以防止电磁和静电干扰。

3 软件性能优化

3.1配置报文的属性

网络提供的通信服务要求网络同时实现高的有效性、快的响应时间、好的安全性以及高的可靠性是不可能的。实际网络只能在这几方面折衷，根据实际需要对相应通信服务进行配置。消息服务的类型分为:确定服务、请求/响应、应答服务、重发服务、非应答服务。由于LonTalk的限制，确认服务可以用于少到一个接收节点，多到63个接收节点。对于数量少于但又接近63的节点数，使用其它服务好，因为发送节点需要更多的输入网络缓冲区在事务期间临时存储确认信息。因此需要改变网络变量类型以减少网络的交通量。对于需要优先传送的网络变量，可设置优先传送。在选择使用各种服务时，要慎重考虑，避免由于报文服务选择不当造成网络交通阻塞。

3.2应用资源

节点寻址表存放经捆绑后接收网络变量和显示报文的节点的地址，即目标地址。它的记录数默认为15条，可以在程序中修改但最多是15条记录，主要用于整个LON网络上网络变量更新的寻址。另外，地址表入口可以被节点中多个网络变量连接重复使用。在缺省情况下，缓冲区大小和数量通常是恰当的，但也可根据实际情况改变缺省值。

3.3软件抗干扰

当CPU受到干扰后把操作数当作指令码来执行从而引起程序的混乱，使用指令冗余使程序恢复正常，即在一些关键的地方人为地插入一些单字节的空操作指令。当程序“跑飞”到某条单字节指令上时，就不会发生将操作数当成指令来执行的错误。通常在一些对程序的流向起关键作用的指令前面插入空操作指令，则该条指令就不会被前面冲下来的失控程序拆散，而会得到完整的执行，从而程序重新纳入正常轨道。此外还可以在对系统工作状态至关重要的指令前插入两条空操作指令以保证程序能被正确执行。

4 结束语

本文在充分考虑网络资源的基础上，从硬件和软件两个角度对LonWprks控制网络进行了优化。实践表明：通过上述的优化措施，LonWorks网络在保证通讯可靠的同时，也提高了网络的实时性。

参考文献

[1]马莉.智能控制与Lon网络开发技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[2]颜金平.基于LonWorks技术现代智能测控系统的开发与应用[D].哈尔滨理工大学.硕士学位论文.2005.

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中国高等教育学会“十一五”规划教科研课题（06AIP0090046）

作者简介

姜福祥（1965-）,江苏淮安,副教授,研究方向：机电一体化。

杨帅，辽宁锦州人，硕士研究生，研究方向：机电一体化。

薛岚，辽宁沈阳人，硕士研究生，研究方向：自动控制。

高安邦，黑龙江哈尔滨人，教授（淮安信息学院特聘教授），研究方向：机电一体化。