LonWorks现场总线技术在楼宇自动化温度测控系统

LonWorks现场总线技术在楼宇自动化温度测控系统中的应用姓名（广西科技大学鹿山学院 电子信息与控制工程系，楼宇102班，学号：2010000 2012年5月20日）摘要：本文应用LonWorks现场总线技术设计了基于主机的Neuron智能节点，并通过单总线（1-Wire）数字温度传感器DS1820与智能节点构成温度测控网络，有效地实现了对室内温度的实时监控与调节。 关键词：现场总线，LonWorks，智能节点.LonWorks field bus technology in building automation application in temperature measurement and control systemXie Jizhou（Deer Hill College of Guangxi University of Technology Electronic information and Control Engineering Department Class 102 building Number 20100375 In May 20, 2012）Abstract: The application of LonWorks field bus technology in the design of a host based Neuron intelligent node, and by single bus digital temperature sensor DS18B20 (1-Wire) and intelligent nodes constitute the temperature measurement and control network, effectively realizes the interior temperature of the real-time monitoring and regulation.Key words: Field bus, LonWorks, intelligent node.引言智能建筑(Intelligent Buildings)是建筑技术与计算机技术相结合的产物，是未来建筑发展的方向。智能建筑主要由楼宇自动化系统(Building AutomationSystem，BAS)通信自动化系统和办公自动化系统组成。楼宇自动化系统是利用计算机及网络技术、自动控制技术和通信术构建的综合管理和控制系一 家居网络系统1家庭网络系统是智能家庭的一个重要内容，它的发展依赖于网技术与监控技术在家庭内部的推广。系统的设计首先要在家庭内部以家庭总线的方式构建一个控制网络，各种功能模块根据住户需要直接接人家庭网络，完成信息采集、传输、控制等相关功能；其次要实现家庭网络与外部互联网或者小区局域网的连接，达到远程监控的目的。本文通过分析智能家庭控制网络的功能及对控制系统的要求，结合LonWorks技术自身的特点，提出了LonWorks技术在智能家庭控制系统的一种应用方案。二 LonWorks现场总线LonWorks现场总线是美国Echelon公司于1990年正式推出的现场总线标准，采用了ISO OSI模型的全部7层协议，其通信速率从300bps到1.5Mbps不等。直接通讯距离可达2700m（78kbps，双绞线），适用于中短距控制通信，具有支持多介质、适合大网络、可靠性高、互操作性强、易于实现的突出优点，适合楼宇自控系统的分散控制、集中管理的要求，为各种控制系统提供了全局性的解决方案。1 LonWorks 技术的特点和优势2与传统的集中式控制系统比较，LonWorks 总线控制技术的主要有三方面的优点。1.1 系统开放性、互操作性强网络中各节点（智能控制器或通信节点模块之间通过节点内部固化的LonTalk 通讯协议互联，组成“Peer to Peer”网络架构。开发人员只需要考虑系统的应用设计，不需要专门实现和测试传输线路和通讯系统，省去复杂的布线。1.2 系统整体架构为分布式且不需要中心控制点网络节点靠近现场传感器和执行机构， 每个节点都能完成控制和通讯功能， 部分节点故障不会造成系统瘫痪，节点可随意安装在网络的任何位置，并且位置也可以随时变换，节点之间的功能完全对等。这些特点对系统的调试、维护和稳定性都有重要的意义。1.3 系统组态灵活，开发周期短，可应用媒质的范围广通过采用不同类型的收发器，系统可在多种媒质中进行信号传输； 同时根据传输距离的远近、传输速度、现场设备等具体要求组成自由拓扑结构或总线结构，这些都给系统的设计、维护、升级和改造带来极大地方便。2 LonWorks技术的应用3(1) LonWorks是开放的总线技术标准, 符合ANSI /EIA 709. 1和GB /T 20299. 4) 2006。 提供开放、标准的XML控制协议给可视对讲系统。在对讲触摸屏上控制家居, 控制部为无主机LonW orks系统网络, 整个系统稳定性得到了有效的保证。中央空调支持LonW orks, 并且在目前的智能家居系统上只提供LonWo rks智能控制接口。空调主机具备LonWo rks智能接口,在不增加任何硬件成本的基础上, 对中央空调进行对讲触摸屏控制、远程电话控制、Internet控制。LonWo rks采用双绞线通信方式, 相对其他总线, 所需要的配件更少。所有智能面板都不需要另加适配器, 稳定性更好。( 2) 场景控制面板全部为触摸屏模式, 具有/ 傻瓜式0图形和文字图标, 功能清晰, 容易识别和操作。面板外壳为不易磨损的铝金属外壳。( 3) 模块功率大(每个控制回路为2 200W ),为以后业主更换大功率灯光预留了空间; 并且控制模块带有专业的散热片, 同样通风环境下, 稳定性更高。( 4) 模块带手动开关, 提高了系统的后期可维护性。( 5) 开关控制模块除了控制输出外, 附带开关量输入端子, 从而无需增加双值输入模块, 即可连接普通开关面板进行控制, 提高了整个系统的性价比。同时业主可以根据自身喜好使用多个厂商的开关面板进行控制, 并为以后的工程维护提供了方便。( 6) 使用iLon100e3网络服务器, 可以直接用具有IE 浏览器的手持设备(如iPhone、无线笔记本电脑等)遥控该系统。3 LonWorks 智能节点4在Lo nWo rks 总线技术中所有节点都包括一个用以实现通信管理、输入、输出和控制等功能的神经元芯片( Neuro n Chip) , 神经元芯片不仅是Lonworks 总线的通信处理器, 也是数据采集和控制的通用处理器。每个节点依照固化在Neuron 芯片中的LonT alk 协议与网络上其它节点通信。节点可以是直接采用Neuron 芯片作为通讯处理器和测控处理器, 也可以是基于Neur on 芯片的Host Base 节点。由于Neuron 芯片的应用处理能力相对较弱,对于复杂的应用常使用主从处理器结构, 主处理器完成用户应用功能, 而把N euron 芯片作为通信协处理器。由此可以提高节点的处理能力, 节省资金和开发时间。本文在基于对Lonw orks 总线研究的基础上开发基于主机的Lonw orks 智能节点。3.1 智能节点的设计5智能节点的硬件设计根据节点功能的难易程度分为两类: 单处理器的智能节点和双处理器的智能节点。单处理器的智能节点是以神经元芯片为核心, 神经元芯片不仅要实现节点与网络的通信, 而且通过将其I/O口直接连接到传感器/执行器上, 实现端口数据的实时采集、监视和控制, 主要应用于功能较为简单的节点, 如电灯、仪表、开关等仅需简单输入、输出功能的设备等。双处理器的智能节点是将神经元芯片作为通信协处理器, 而复杂的测控功能则用高级处理器(如80C196KC )的资源来完成, 主要应用于功能较为复杂的节点, 如键盘及显示控制节点、电话及语音控制节点等4 Lonworks 的现状和发展前景我国智能建筑界对LonWorks技术开发应用起步于二十世纪九十年代中期。在建设部的支持推动下，经过多年的努力，现已初步形成适合我国国情的产品系列。这些国产化的LonWorks产品系列在我国诸多建筑智能化技术百花园中形成了一条亮丽的国产化的风景线，正在智能建筑和居民小区智能化市场竞争中茁壮成长。这一切首先源于建设部和业界人士开始时对LonWorks技术的正确定位和认识。LonWorks技术国产化已走过了十几年的艰苦历程，由于不断取得业界同行的共识， 加盟的公司越来越多，并不断在市场竞争中经受考验，发展壮大，创造了众多业绩，使得我国LonWorks技术的开发应用逐渐形成具有若干自己特色的技术体系。总结过去，是为了与各种技术比较和鉴别，相互学习，共同寻找一些规律性的东西，以利于多方面引进和消化国际先进技术，更健康地推进我国智能建筑行业的国产化事业。三 楼宇自动化温度测控系统1.LonWorks总线控制的楼宇系统的组成6LonWorks控制网络结构主要包括五部分：网络协议(LonTalk)、网络传输介质、网络设备、执行机构和管理软件。其中，网络设备含有智能测控单元、路由器、网关等；执行机构有传感器、执行器等；管理软件为LonTalk开放式通信协议，它为设备之间交换控制状态信息建立了一个通用的标准。整个控制系统主要由大量分散在楼宇内的各子系统及系统核心为进行测量、监视、控制、管理和协调而设置的智能节点构成。神经元芯片和LonTalk协议是LonWorks技术的核心；LonTalk协议使用网络变量与其他节点通信。2.随着计算机技术、通信技术和控制技术的飞速发展, 人民生活水平的提高, 构造一种智能化的家居, 使互联网进入人们的日常生活, 已成为迫切的需求。家居网络是融合信息管理和信息控制的网络。他可以使一个家庭通过互联网与外界进行信息交流, 也可以通过互联网对家中的设备、电器进行过程控制、节能控制、状态检测、智能服务、安全防护等。简要介绍了智能家居网络的发展, 国内外研究现状, 及当今被世界各国广泛应用和推荐的LonWorks 现场总线技术。在此基础上, 进行智能节点的硬件和软件的设计与开发, 组建了一个简单的楼宇自动化温度测控系统73.随着互联网的普及, 人们更多的考虑将智能网络应用到家居生活当中,王文龙马少华简述了Lonworks 网络技术的基本构成及特点, 并对其在智能家居中的应用做了简单的介绍。84.卢淋芗, 黄玉水介绍了一种基于LonWorks技术的智能家居系统, 并重点讨论了其具体实现方法, 包括系统硬件电路和系统软件实现的主程序流程。详细介绍了基于LonWorks技术的智能家居系统在LonWorks控制网络下的安装, 包括LonMaker网络视图的设计。95.数字温度传感器选用DS1820, DS1820 采用独特的单线接口方式, 与Lonwo rks 总线的智能节点相连时仅需一根口线; 由于每片DS1820 均有惟一的产品序列号, 所以允许在3 根线( 电源线、地线、信号线) 上挂接数十至上百片数字式传感器。为了工作可靠, 在系统中每条线最多挂40 个DS1820。本系统中DS1820 采集冷水温度、热水温度、室内温度; 风机转速通过编码器采集, 速度信号通过高速脉冲输入口输入到ARM 处理10 。6 使用iLon100e3网络服务器, 可以直接用具有IE 浏览器的手持设备(如iPhone、无线笔记本电脑等)遥控该系统。就可以随时对温度变化有及时的了解，以便于对自己的需要进行调节，调到需要的温度。四 展望随着当今社会的快速发展，人们对家居生活的要求越来越高，越来越追求时尚，安全已经方便。而lonworks技术顺势而动应运而生，基于它的优秀，方便已经可以大众化。Lonworks技术在居家中必将趋于主导地位。采用LonWorks现场总线技术，使楼宇自动化系统中通信可靠、便捷。满足了智能建筑不同程度的要求，使系统简单、灵活、方便，在常温测量中有较大优势。由于LonWorks技术的开放性与互操作性，使其在智能化、网络化方面得以快速发展，适应了工业生产的自动化需要，它将在以后的发展当中极具影响力，成为楼宇智能化的主流。参考文献：1 吴凤泉，李 杰，胡德双. LonWorks现场总线技术在家居网络系统中的应用J. 承德石油高等专科学校学报,2008,10(4).2 Mike Markkula. LonWorks 技术介绍（原理和实践概述）M. California：Echelon Corporation Press：2 版，2008：9-14.3 王文升. LonWo rks技术在智能家居系统中的应用 J . 智能建筑, 2005( 3): 50-52.4 杨育红. LON 网络控制技术及应用 M . 西安: 电子科技大学出版社, 1999.5 季涛, 李长明. LonWo rks现场总线技术及应用 J . 潍坊学院学报, 2002, 2( 4): 80- 82.6覃 安:Lon