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基于Lonworks的智能楼宇安防系统(1)

2013-08-20 01:05 摘 要 对智能楼宇安防系统进行了研究，提出了一种基于LonWorks总线的分布式控制系统，论述了Lonworks总线技术，系统的硬件设计和程序设计。 关键词 LonWorks总线；智能建筑；安防系统；智能节点 智能建筑及楼宇自动化是近几年兴起的新领域，特别是近年来现代高科技和信息技术的发展，实现了“将家庭中各种与信息相关的通讯设备，家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术（HBS）连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐”的目标。 智能建筑应当是：“通过对建筑物的4个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的内在联系，以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。智能建筑物能够帮助大厦的主人，财产的管理者和拥有者等意识到，他们在诸如费用开支、生活舒适、商务活动和人身安全等方面得到最大利益的回报。” 智能建筑的智能化其组成按其基本功能可分为三大块：楼宇自动化系统 BAS(Building Automation System)、办公自动化系统OAS(Office Automation System)和通信自动化系统 CAS(Communication Automation System)，即“3A”系统。 目前，国内的楼宇自动化系统大都采用以单片机为核心，通过串行通讯总线进行系统连接并通信，这种系统在本质上因采用了封闭式通信协议。现场总线控制系统 FCS(Fieldbus Control System)因通信协议的开放性而能很好地解决这些长期困扰我们的问题，它的应运而生在控制领域产生了一场新的革命。 现场总线是一种串行化、数字化数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即场地级设备）之间以及与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。在当前多种流行的现场总线中，LonWorks 现场总线技术异军突起，以其优良的性能与特点而迅速在楼宇自动化系统中得到越来越多的应用。1 LonWorks主要技术 LonWorks 总线主要是以美国 Echelon 公司等发起并于 1990 年正式公布推出的局部操作网络（Local Operating Network），已成为在 BAS 应用中最有影响的现场总线。LonWorks 以其优秀的分布处理能力、开放性、互操作性、多媒介适应能力以及多网络拓扑结构等特点,适应了未来发展对测控网络的要求。LonWorks 技术是用于开发监控网络系统的一个完整的技术平台，它包含所有设计、配置和维护网络所需要的技术：3120/3150 Neuron 芯片；NeuronC 编程语言；LonTalk 协议；LonWorks 收发器；LonBuilder 和 NodeBuilder 开发工具等。LonWorks 网络系统由智能节点组成，每个智能节点可具有多种形式的 I/O 功能，节点之间可通过不同的传输媒介进行通信，并遵守 ISO/OSI 的七层模型协议。 （1）智能节点 构成 LonWorks 控制网络的 Neuron 智能节点由神经元芯片、传感器、控制设备、收发器和电源等组成。Neuron 智能节点分为两类，第一类是名为基于 Neuron芯片的节点，节点中不再出现其它处理器，它利用 Neuron 芯片完成包括通信以及用户应用程序在内的所有工作，此类节点结构简单、成本低，适用于控制功能较为简单的网络系统；另一类是称作基于主机的节点，节点中除了 Neuron 芯片以外，还有其它的处理器，诸如单片机等，前者主要完成通信工作，后者则完成用户的应用程序，此类节点结构复杂、成本高，但可实现复杂的控制功能。图1为基于Neuron 芯片的节点结构。 （2）Neuron 神经元芯片 Neuron 芯片是 LonWorks 技术的核心，每一个神经芯片在制造期间被赋予一个唯一的 48位码的标识，称为标识码。它既进行通信的管理，也同时具有输入、输出和控制的能力。3120 与 3150 两大系列芯片主要由 Motorola、Toshiba、Cypress三个公司生产，芯片内有 3个8 位流水线作业的 CPU。介质访问控制 CPU 处理LonTalk 7 层协议的第 1 到第 2 层，包括驱动通信子系统硬件和执行 MAC 算法。网络 CPU 处理 LonTalk 协议的第 3 到第 6 层，包括处理网络变量寻址事务，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，物理的发送和接收数据包。应用 CPU 执行用户用 Neuron C 语言编写的代码以及用户代码调用的操作系统命令。3 个 CPU 分别通过片内的网络缓存器和应用缓存器进行通信。新出现的低能耗芯片 MCl43120LE2FB 采用 3V工作电压，减小了电力消耗。广泛适用于传感器、执行器、安全检测器和自动调温器，尤其适用于建筑物内嵌的分散控制网络。