Lonworks技术在智能家居系统中的应用30

Lonworks技术在智能家居系统中的应用摘要：智能家居是近年来产生并迅速崛起的～种新型住宅，它是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术等现代高科技的完美结合。智能家居为住户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷和开放的智能化、信息化生活空间。本文首先对智能家居的概念及构成情况作了总体的阐述，介绍了智能家居在国内外的发展现状，指明了智能家居重要性以及智能家居的发展方向。现场总线技术的发展使得Lonworks总线技术脱颖而出，本文简要介绍了常用的几种现场总线的概况以及Lonworks技术在现场总线技术中的地位和和优势，对Lonworks技术的技术核一tl,：神经元芯片、LonTalk协议、Lonworks收发器等进行了详尽的描述；重点介绍了集先进的计算机技术、通信技术、控制技术为一体的智能家居节点的开发与研制，并且对节点硬件电路的各种接口电路以及节点信号采集和信号输出部分的软件驱动进行了详尽的设计。本文设计的智能家居节点采用单片机AT89S51作为主处理器来完成用户的应用程序，主要负责对各种现场信号进行采集、处理及控制，工作在并行从A方式下的神经元芯片MC3150作为从处理器，主要完成与现场网络上的各节点及中心控制室之间的通信工作。为便于实时监控现场的数据，形象反映现场的运行情况，本文使用组态王工业组态软件，对智能家居系统实现上位机的监控设计。本文最后还将所设计的智能家居节点应用到了淮安信息职业技术学院智能实验室中进行应用和测试。本系统设计的智能家居节点运用了当今工控领域最为先进的现场总线技术，具有结构简单、可靠性高、容易产品化等优点，产品是面向中等层次以上家庭的需求，具有广泛的应用市场。目前我国对Lonworks技术的应用以及智能建筑的设计刚刚起步，随着业内人士的更多了解，相信会有更广泛的应用前景。关键字：Lonworks技术：智能家居；神经元芯片；组态LonworkstechnologyinintelligenthomefurnishingsystemapplicationAbstract：IntelligentHomeisanewtyperesidenceproducedinrecentyearswiththerapidrise．Itisaperfectcombinationofmodemhilgh-techsuchasarchitecturalart,philosophyoflife，informationtechnology,andelectronicstechnology．IntelligentHomeprovidesaintellectualizedandinformation—basedlivingspaceforliver,SOthatitissafer,faster,morecomfortable，convenientandopening．ItexpoundedtheconceptandcompositionofIntelligentHome，introduceditsdevelopmentstatushomeandabroadnowadays，andpointedouttheessentialityofIntelligentHomeSystemandthedevelopmentdirectionofIntelligentHome．ThedevelopmentofFieldbustechnologymakesLonworksbustechnologytalentshowingitself．ItintroducedseveralcommonlyusedFieldbustechnology,andilluminatedthepositionandimpactofLonworl(Stechnologyinfieldbustechnology．AndcarriedoutadetaileddescriptionofkeytechnologiesofLonworlcS：NeuronChip，LonTalkprotocolandLonworl(Stransceiver．ItstronglyintroducedthedesignanddevelopmentofintelligentHomenodewhichintegratedadvancedcomputertechnology,communicationstechnology,controltechnology,aswellasvarioushardwareinterfacecircuitandsoftwaredriveofsingleinputandoutputforadetaileddesign．MCUAT89S51isadoptedasthemainprocessortocompletetheuser’sapplications．AT89S51ismainlyresponsibleforthevarioussignals’collecting，processingandcontrolling．NeuronChipMC3150workedinslaveAform，astheaccessoryprocessor,takeschargethecommunicationsbetweenthescenenodesonthenetworkandthecentralcontrolroom．．AndKingviewisusedtomonitorthePCofIntelligentheme．Finally,thedesignofsecurityguardnodeWasappliedtotheEIPLabofHuaianInformationandTechnologyCollegefordebuggingandtesting．Inthispaper,thedesignofintelligentnodesusedthemostadvancedfieldbustechnology,andhasmanyadvantagessuchasasimplestructure，hi曲reliabilityandeasyproduct．Itsproductfacesmiddle—levelfamily-orientedneedsandhasabroadapplicationmarket．Atpresent，theapplicationsofLonworkstechnologyandthedesignofintelligentbuildingshavejustbeguninchina；Ibelieveitwillbemorewidelyused，withagreaterunderstandingofindustry．Keywords:Lonworkstechnology；IntelligentHome；NeuronChip；Kingview第一章：设计题目分析、总体设计方案选择1.1现场总线技术概述到目前为止，工业控制自动化技术经历了两次革命。一次是二十世纪五六十年代从电气传动控制到模拟信号为主的自动化仪表系统；第二次是二十世纪七八十年代集散控制系统(DCS)的出现。DCS将计算机引入到控制系统，用分散的I／O模板代替控制室仪表，将分散的测量点通过计算机进行集中监控。然而，DCS系统本身具有以下不可克服的问题：1．一对一接线，不仅增加了安装维护费用，也降低了系统的可靠性；2．采用“操作站——控制站——现场仪表”三层主从结构模式，仍存在着可靠性隐患；3．各个DCS系统采用封闭的协议不利于系统的互操作：4．模拟信号传递限制了传输介质和拓扑结构的选择。现在，工业控制领域正进行着第三次革命——基于现场总线的控制系统(FCS)。1.1.1现场总线系统的特点现场总线是应用在生产现场和微机化测量控制设备之间实现双向串行数字通信的系统。它在制造业、工业过程、交通和楼宇等自动化系统中具有广泛的应用前景。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通信能力，并且采用可进行简单连接的双绞线作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系纠。现场总线系统中还采用公开一致的通信标准，使各个厂家设备可以交互信息，实现互操作，这就是真正意义的开放系统。现场总线导致传统控制系统结构的变革，形成了新型的网络集成式全分布式控制系统——现场总线系统。与传统控制技术相比，现场总线技术具有以下鲜明的特点：1．开放式控制网络开放式控制网络允许许多智能设备之间相互通信，而不需加入监控设备并能负责整个系统级的控制算法。网络上的设备构成对等(peertopeer)结构，即每个设备负责直接将信息发布到网络上的其它设备，信息由设备的发送器以数据包形式发出，一个或多个接收器接收这些数据包。开放式的控制网络如图2．1所示。2．分布式智能网络已出现许多年了，除了大型计算机系统外，通常还没有应用到网络控制设备，绝大多数通信协议仍被用来进行计算机或个人之间的数据通信。随着微处理器价格不断下降，可以将微处理器嵌入到价格低廉的控制器和控制设备。在这个意义上说，控制设备具有通信和信息处理的能力(承担传感测量、补偿计算、数据处理和控制任务)，该设备亦称为“智能设备”。3．强大的网络功能在传统网络中，采用的通信协议通常服务于网络性能的优化。然而在控制网络中，通信协议主要提供智能设备间频繁、可靠、安全的通信，设备间对等的信息传输。现场总线技术采用自由拓扑结构，现场设备自治，以点对点通信方式实现分散基础上的信息融合。通过各种智能网关、桥接器和路由器不仅实现现场设备的分段成组，还可实现现场控制系统向信息系统的集成。1.1.2现场总线技术的发展现场总线技术是计算机技术、通信技术和控制技术的综合与集成，它的出现使传统的自动控制领域产生了革命性的变革，形成了新型的网络集成或全分布控制系统即现场总线系统(FCS)12ll。由于现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展的方向，它一经产生便成为全球工业自动化的热点，受到全世界的普遍关注。现场总线自20世纪80年代中期问世，传统的自动化仪表、集散控制系统(DCS)、可编程控制器(PLc)的产品功能结构受到了挑战[22】。自动化设备的制造厂家被迫进行产品更新换代，出现了一批集检测、运算、控制功能于一体的变送控制器，具有通信功能的智能化数字仪表，以及带有控制模块和故障信息的执行器，大大改变了现有设备的维护管理方式。现场总线是新型自动化系统，又是低带宽的底层控制网络，它可与Intemet的企业内部网相连，沟通生产过程现场级设备与更高控制管理层之间的联系，以分布式的智能和强大的网络能力增强了系统的可靠性和品质，代表了工业自动化的发展方向。由于现场总线担负测量控制的特殊任务，具有信息传输的实时性、高可靠性和短帧传送，其传输速率一般为几KB／s至10MB／s之间。目前国际上有几种现场总线技术已逐渐形成其影响，并在一些特定的应用领域显示了自己的优势。它们分别为基金会现场总线(FoundationFieldbus，FF)、美国Echelon公司的Lonworks现场总线、CAN(ControlAreaNetworks)总线和HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)总线等。其中Lonworks总线以期支持OSFRM七层模型、支持多种通信媒介及易于实现等诸多特征，受到了广泛的关注。现场总线技术产品具有很强的开放性、兼容性、可靠性和互操作性，广泛用于工业过程、楼宇、家庭、能源等自动化领域。现场总线技术促使控制网络与信息网络的集成，极大地改变人们的生产方式和生活方式，扩大了传统控制领域的范畴。2000年3月，Echelon公司开始出售i．Lonl000Intemet服务器，这是一个突破性产品，可以使用在家庭、建筑、工厂和运输系统中的数以百计的Lonworks设备，并将变成Web的一部分，这便拓宽了工业领域中的基于Intemet的市场和应用。1999年6月，SUN公司展示了Lon