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1、第2卷第2期2003年6月 江 南 大 学 学 报(自 然 科 学 版)Journal of Southern Yangtze University(Natural Science Edition)Vol.2No.2Jun.2003文章编号:1671-7147(2003)02-0194-03 收稿日期:2002-09-24;修订日期:2003-05-08.作者简介:封锦梅(1967-),女,江苏泰兴人,工学学士,工程师.智能小区的网络系统设计封锦梅(江南大学 信息工程学院,江苏 无锡214036)摘 要:从智能化住宅小区的实际需求出发,分析了用Lonworks技术实现智能小区管理网络的优越性,
2、提出了智能小区的功能规划.设计了一个智能小区的网络系统方案,并结合Neuron芯片介绍了智能节点和智能控制器硬件的实现方法.关键词:智能小区;Lonworks技术;Neuron芯片;智能节点;智能控制器中图分类号:TP 273文献标识码:AIntelligence Design of Small Area Network SystemFENGJin2mei(School of Information Technology,Southern Yangtze University,Wuxi 214036,China)Abstract:This research is based on the ac
3、tual requirements of the small area of residence of intelli2gence.The paper analyzed the small area of intelligence of technique design of exploitation Lonworksto manage the networks advantage and brought up the function planning of the intelligences smallarea.The actual design project of the networ
4、k system of the intelligences small area and the hardwarerealization of the intelligence node with intelligence controller are introduced in the paper.Key words:small area of intelligence;Lonworks technique;Neuron slice;intelligence node;intelli2gence controller 在住宅小区中建设智能化系统,对促进社区信息化发展和提高社区管理服务水平都具
5、有重要的意义.作者采用Lonworks技术设计了一个智能小区网络系统,利用现代4C技术(即:计算机、自动控制、通讯与网络、IC卡),通过有效传输网络,将安全防范、物业管理、家庭智能化系统等集成,做到了服务与管理的一体化.1 网络系统方案规划1.1 技术选择智能小区网络系统设计,采用美国Echelon公司于1990年12月向全球推出的Lonworks技术.该项技术可应用在工业控制系统中的传感器总线、设备总线、现场总线等任何一种总线中.在智能建筑一体化的系统集成中,Lonworks技术是理想的实时现场总线控制网络,为智能建筑一体化系统集成提供了完整的解决方案.且该技术价格相对便宜,系统扩展灵活、开
6、发成本较低,具有较好的网络测控能力.因此,采用Lonworks技术设计智能小区网络系统是一种理想的技术选择.1.2Lonworks技术Lonworks技术1包括4个组成部分:Lon2works节点和路由器;Lontalk协议;Lonworks收发器;Lonworks网络和节点开发工具.Lonworks技术的特点是:拥有3个处理单元的神经元芯片(Neuron芯片).一个用于链路层控制;一个用于网络层的控制;另一个用于用户层的应用程序.它还包括11个I/O口,这样在一个神经元芯片上就能完成网络和控制的功能,并且支持多种通信介质如双绞线、电力线、电源线、光纤、无线电波、红外线等和其互连.它采用ISO
7、/OSI全部7层通信协议,采用面向对象的设计方法,实现了一个固化在神经元芯片上的网络操作系统.提供了一个完整的开发平台,包含现场调试工具Ionbuilder,以及协议分析、网络开发语言Neuron C等.由于其支持面向对象的编程(网络变量NV),从而易于实现网络的互操作.1.3 智能小区中各功能模块的规划当前先进的智能化小区,一般需具备6种功能2.1.3.1 家庭控制系统 由智能家庭控制器(IHC)构成.IHC基于Lonworks技术构成,它既可完成电表、煤气表、冷热水表等的数据采集、传输,又可通过红外、气漏防盗/防灾报警装置经网络系统与小区管理中心的监控计算机相连,实现安全报警.通过Lonw
8、orks节点的I/O口,还可实现对家电、照明等设备的控制,对室内的温度湿度进行检测.1.3.2远程自动抄表系统 通过Lonworks网络自动定时读取住户的水表、电表和煤气表,统计每月三表读数并计算费用,将结果添加到数据库中,提供给小区管理中心.1.3.3 周边防范报警系统 实现对小区周边红外报警信号的实时监测,发现报警信号立即报警并存入数据库.1.3.4 巡更管理系统 对巡更人员的工作进行检查和管理,及时发现巡更人员是否懈怠和不称职.检查巡更人员是否按规定路线与规定时间巡逻.1.3.5 车辆管理系统 门口处的车辆出入管理控制模块,将车主持有IC卡上的信息上传给小区管理中心的车辆出入管理系统主机
9、.主机对接收到的数据进行分析、存储(以备后查),实现对进出车辆的实时监控.1.3.6触摸屏查询服务 在物业管理中心的大厅,设置触摸屏查询系统,与小区管理中心的服务器相连,以实现数据共享,方便客户查询小区的基本概况、服务信息、管理信息、保安情况等.2 智能小区网络系统的构成Lonworks技术可将智能小区内的各种功能系统模块(又称节点)互联成一个整体,使智能小区管理中心能集中管理,分散控制3,4,见图1.图1 智能小区Lonworks网络整体设计方案Fig.1Intelligence project of small area Lonworks net2work overall design由图
10、1可见,整个智能小区控制网络,由小区内部网络、小区网络管理中心、接入网3部分组成.2.1 小区内部网络小区内部网络是个Lonworks网络系统,由监控主机、各种控制模块(又称节点,包括智能节点和智能控制器,见图1)、路由器、网络连接线组成.网络结构采用自由拓扑结构,布线容易.对不同系统的功能要求及网络结构无需作任何修改,只需对Lonworks节点编写相应的程序,将其直接连接到控制网络,使整个智能小区具有较强的可扩展性.Lonworks网络控制系统在功能实现上分为两级,现场控制级和上层监控管理级.现场控制级的核心是分布于现场的每一个控制节点.每个节点一方面分散独立地解决其测控任务,一方面通过点对
11、点、点对多点的通信,解决节点之间的信息传输,实现分散基础上的融合.在现场控制节点的基础上,通过监控主机建立上层的监控、管理、维护,从而实现控制信息和管理信息的集成.2.1.1 智能节点 智能节点由Neuron芯片、收发器、I/O接口和AC/DC隔离器转换器电源组成(见图2).Neuron芯片上有11个I/O口,分别用来接收和控制开关量的输入和输出,适用于简单的控制点.2.1.2 智能控制器 智能控制器适用于复杂的控制节点,其由Neuron芯片、控制器组成,装在一个控制盒中.控制盒的Neuron芯片选用3150,由它构成家用智能盒的LON总线,与上位机连接.在此系统中3150与控制器之间的信息交
12、换采用SPI3150中的应用程序并使用Neuron C编程,调试完591第2期封锦梅:智能小区的网络系统设计图2 典型Lonworks智能节点的示意图Fig.2Typical model Lonworks intelligence the nodessketch map毕后在扩展的FLASH程序存储器中实现程序固化.控制器中的核心部分,采用美国TI公司的数字信号 处 理 器TMS320LF2407,它 内 含32 k的FLASH程序存储器,高达1.5 k字节的数据/程序RAM,544 k的DARAM和2 k的SARAM,16通道10位A/D转换器,一个SPI接口,一个SCI接口,6个捕获单元,
13、12个PWM输出,41个通用的I/O口等.控制器具有6路脉冲输入,16路开关量输入,12路模拟量输入,6路晶体管输出和6路继电器输出,6路通过PWM后的固态继电器输出,一个RS232接口,1 k字节的EPRAM.脉冲输入及开关量输入信号均采用光电隔离,脉冲输入采用输入捕捉中断方式,用于连接水表、电表、煤气表等脉冲输出;开关量输入用于连接紧急求助、手动复位、传感器防拆和消防等信号.模拟量输入通道内的10位A/D转换器,用于连接室内温度及湿度传感器,进行有害气体检测与发出入侵报警和消防报警信号.输出信号中,继电器输出用于切断“三表”等;晶体管输出用于报警输出、接通监听器等;PWM信号输出可以控制灯
14、光、空调器、水位等.RS232接口用于和键盘显示部分通信及“三表”数据和各种信息的显示;也可以通过按键设定系统信息、手动自检、信息接收确认等.2.2 小区网络管理中心小区网络管理中心是小区控制网的心脏,由防火墙、Internet服务器、小区管理中心配置的1台服务器(兼作数据库服务器),一个100 M的交换机,2台高档PC机组成.其中,1台供小区网络管理人员操作使用(又为监控主机),另一台PC机安装在小区管理中心的大厅,并配有触摸屏,供小区居民查询信息用.防火墙是利用数据加密、用户认证、访问控制等手段保护小区网络免受外来侵害,同时也可防止内部用户对非法站点的访问.防火墙可由专用的防火墙设备或运行
15、于服务器中的防火墙软件实现.服务器的数量应根据小区的规模、业务量的大小择定.对于业务量不大的小区,可以选择一台作为综合信息和数据库服务器(如图1中的i.LON1000服务器).而对于大型住宅小区,宜选用多台服务器(如图1中的Internet服务器),可分别运行不同的应用软件和数据库软件,如Web服务器、E-mail服务器、FTP/BBS/NEWS服务器、SQL数据库服务器等.2.3 小区网络的接入网接入网指小区网络与Internet的联接方式.In2ternet是纵横全球无边无际的“网络的网络”,地区用户接入方式有多种选择,可以由电信局、有线电视台或其它ISP(Internet服务提供者)提供
16、该服务.3 结 语智能小区网络系统是一个涉及计算机、自动控制、通讯与网络、IC卡等多种技术的复杂系统.作者采用Lonworks技术设计的智能小区网络系统,具有如下优点:1)实现真正的多网合一.因为基于Lonworks的控制网络做到了多网合一,简化了系统的走线.2)分布式无中心控制.Lonworks网络控制系统中,每个节点都能实施控制和通信功能,部分节点不会影响系统稳定.3)易扩充、易组态.Lonworks在网络结构上的自由拓扑特性,及软件设计上的完全面向对象,使其易扩充、易组态.4)产品开发方便、有效.参考文献:1杨育红.LON网络控制技术及应用M.西安:西安电子科技大学出版社,1999.2胡崇岳.智能建筑自动化技术M.北京:机械工业出版社,1999.3吴时霖.数据通信与网络M.北京:机械工业出版社,2000.4陈机林.基于Lonworks的现场总线的智能控制系统研究J.电气自动化,2001,(3):32-36.(责任编辑:彭守敏)691 江 南 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第2卷