基于Lonworks的智能楼宇安防系统

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    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(BuildingAutomationSystem)、办公自动化系统OAS(OfficeAutomationSystem)和通信自动化系统CAS(CommunicationAutomationSystem)，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(FieldbusControlSystem)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。

1LonWorks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（LocalOperatingNetwork），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：3120/3150Neuron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。

图1基于Neuron芯片的节点结构图

（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LonTalk7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NeuronC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。

2系统硬件设计
    楼宇自动化安防系统选用两级计算机监控系统，即由上位管理机、LonTalk适配器以及多个智能节点组成，节点数量可根据监控的需要增减，使用LonWorks现场总线作为控制和通信网络把各节点连接成一个分布式智能控制系统，其网络结构如图2所示。

    家庭智能节点的硬件电路主要由神经元芯片、单片机、键盘、LED显示、蜂鸣器、A/D转换等部分组成。其中信号采集部分可由门磁开关、微波侦测、红外侦测、火灾检测、烟感探测等诸多类型传感器组成。采集到的信号送到单片机，经分析处理产生现场声光报警的同时，并判断报警类型，如果是火警类型则显示“F×××”，其中F表示火警，“×××”表示报警的房间号（以下同）；若为盗警则显示“D×××”；若为紧急呼叫则显示“B×××”；若采集信号出现故障则显示“E×××”。若遇到需要显示二种及以上信号时，按F×××、B×××、D×××、E×××的优先级循环显示报警信号。亦可依据主人设定的状态将报警信号通过公众电话网以数据或语音两种方式进行报警。

    数据报警是在自动拨打设定的电话后，再将报警的地址及报告码以数据形式送出。上位机设在住户所属区域的报警中心，可直接将该系统通过LonWorks总线与之相连，构成城区报警防护网络中的一部分。一旦出现紧急状况而产生报警，按照先报警中心后户主的优先级报告家中警情。根据所传送的数据，报警中心的计算机可立刻显示出报警住户的地址、警情并连同报警时间一并送至打印机打印输出，同时将报警状况存于计算机的硬盘中，以便日后查证。此时值班中心的值班人员可立即通知有关人员前往处理。语音报警则是在自动拨打完主人设定的电话号码后，待对方摘机，立刻播放存于语音芯片中的语音提示音，如“家中有情况，速回”。
(中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮)