（电路与系统专业论文）基于lonworks的智能百叶窗帘系统设计及组网研究.pdf

作为通信芯片负责网络通信，两者之间通过异步串口通信的模式来实现互通。 最后，将开发出的控制节点应用于百叶窗帘控制系统中，根据系统的结构及 控制要求，利用l o n m a k e r 组网软件对整个百叶窗控制系统进行组网与相关网络 属性配置，从而完成网络变量在功能模块间的传输。上位机监控管理软件在 v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 开发环境下开发，通过与i l o n l 0 0i n t e r n e ts e r v e r 的建立动态 数据链接，可完成整栋大楼状态的查询与监控、阳关数据、天气数据的更新功能， 从而构成了完整的网络控制解决方案。 本课题最终研发的基于l o n w o r k s 智能百叶窗帘系统，实现了在自动模式下 以当前太阳方位、天气状况信号等为参数的百叶窗帘智能控制，手动模式下具有 支持管理人员远程用户手动和用户现场手动控制的功能，达到了对太阳光能的有 效利用，具有一定的参考价值和现实推广意义。 关键词：楼宇智能化；l o n w o r k s 总线及组网；n e u r o n 芯片；监控软件 ln t e l lig e n tv e n e tia nb lin dc o n t r o ls y s t e m d e sig na n dn e t w o r k sin t e g r a t io nr e s e a r c h a b s t r a c t b a s e do nl o n w o r k st e c h n o l o g y m a j o r ：e l e c t r o n i cc i r c u i ta n ds y s t e m n a m e ：c u iv o n 蓟v l i n g s u p e r v i s o r ：z h o n gq i n g h u a i i i i ii ll l l ll ri fii iiiii y 17 6 8 0 2 2 w i t ht h eg r o w i n gw o r l de n e r g yc o n s u m p t i o n , g l o b a lw a r m i n gi si n t e n s i f y i n g y e a rb yy e a r a f t e rt h e2 0 10c l i m a t es u m m i ti nc o p e n h a g e n , t h el o w - c a r b o n e c o n o m yi sm o r ea n dm o r ep r e v a l e m h o w e v e rt h ei n t e l l i g e n tl a r g eb u i l d i n g sa r e s p r i n g i n g i nt h ei n t e r n a t i o n a lm e t r o p o l i s ，h o wt or e d u c ee n e r g yd e p e n d e n c e ， r e a s o n a b l ea n de f f i c i e n tu s eo fn a t u r a le n e r g yh a sb e e na t t r a c t e dm o r ea n dm o r e w o r l d w i d ea t t e n t i o n t h i sa r t i c l es t a r t sf r o mt h ec u r t a i nc o n t r o lt e c h n o l o g yo ft h ec u r r e n td o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a ls t a t u sa n dc o m p a r a t i v ea n a l y s i so fv a r i o u sf i e l db u s e s ，t h e ne x p l a i n st h e f e a s i b i l i t ya n di n n o v a t i o no ft h ed e v e l o p m e n to f t h ei n t e l l i g e n tv e n e t i a nb l i n dc o n t r o l s y s t e mb a s e do nl o n w o r k st e c h n o l o g y a tl a s tt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g no f t h ei n t e l l i g e n tv e n e t i a nb l i n dc o n t r o ln o d ea n dt h ed e v e l o p m e n to fp cm o n i t o r i n g s o f t w a r es y s t e ma r es h o w e d t h et r a d i t i o n a lb u i l d i n gi n t e l l i g e n ts y s t e m sc a n tc o m m u n i c a t i o nw i t ho t h e r s y s t e m sa n dl o s et h ee x p a n s i o na n di n t e r o p e r a b i l i t yf u n c t i o n sa su s i n gc l o s e d e n d c o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 l o n w o r k sf i e l db u si sf a m o u sf o ri t so u t s t a n d i n go p e n , i n t e r o p e r a b i l i t y , w h i c hc a l ls o l v et h e s ep r o b l e m s b a s e do nt h ea n a l y s i s ，t h es t u d i e s 谢t 1 1n e u r o nc h i p ，l o n t a l kp r o t o c o lo ft h el o n w o r k st e c h n o l o g y ，t h es o l u t i o n so fa v e n e t i a nb l i n ds y s t e mb a s e do nl o n w o r k si sp r o p o s e d ，t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r e d e s i g no ft h ei n t e l l i g e n tv e n e t i a nb l i n ds y s t e mn o d e ，a n dt h es u p e r v i s o r yc o n t r o la n d d a t aa c q u i s i t i o ns o f t w a r ew h i c hi sd e v e l o p e di nt h ev i s u a ls t u d i o2 0 0 8d e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n ta r ec o m p l e t e d i i i t h ek e yt oi m p l e m e n tt h et o n w o r k st e c h n o l o g yi st h ed e v e l o p m e n to ft h e i n t e l l i g e n tn o d ed e v i c e f i r s to fa l l ，t h ei n t e l l i g e n tv e n e t i a nb l i n ds y s t e mn o d e su s e t h e p o p u l a rt w i s t e d - p a i rc o m m u n i c a t i o nm e d i u m n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nm o d u l e c o n s t i t u t e db yt h ee c h e l o nc o r p o r a t i o nn e u r o nc h i pf t 315 0a n dt w i s t e d p a i r t r a n s c e i v e r sf t - x1 ，m c us t c 8 9 c 5 2a c c o m p a n i e d 诵t l lt h ee x t e m a lm o t o rc o n t r o l c i r c u i ta n di s o l a t e dc o u p l i n gc i r c u i tm a k eu pt h ev e n e t i a nb l i n dc o n t r o lm o d u l e f u r t h e rm o r e ，s t c 8 9 c 5 2m c ua st h em a i np r o c e s s o ri sr e s p o n s i b l ef o rc o n t r o l l i n g a n dh a n d l i n g n e u r o nc h i pa sc o p r o c e s s o ri sr e s p o n s i b l ef o rn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n s t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e ns t c 8 9 c 5 2m c ua n dn e u r o nc h i pi sa s y n c h r o n o u s s e r i a lc o m m u n i c a t i o n f i n a l l y , t h ed e v e l o p e di n t e l l i g e n tv e n e t i a nb l i n dc o n t r o ln o d ed e v i c e sa r eu s e di n t h ev e n e t i a nb l i n dc o n t r o ls y s t e m ，a n da c c o r d i n gt ot h es y s t e ms t r u c t u r ea n dc o n t r o l r e q u i r e m e n t s ，t h en e t w o r k i n gs o f t w a r el o n m a k e ri su s e df o ri n t e g r a t i n gt h ew h o l e n e t w o r ka n dc o n f i g u r i n gt h en e t w o r kp r o p e r t i e s t h ep cm o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n t s o f t w a r ed e v e l o p e db yt h ev i s u a ls t u d i o2 0 0 8d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，c o m p l e t e s t h ei n q u i r ya n dm o n i t o r i n g ，r e a l - t i m eu p d a t e so ft h es u nr e l e v a n td a t a , w e a t h e rd a t ao f t h ee n t i r eb u i l d i n gt h r o u g hi l o n l0 0i n t e m e ts e r v e rf o rt h ee s t a b l i s h m e n to fd y n a m i c d a t al i n k , s oa st oc o n s t i t u t ean e t w o r kc o n t r o ls o l u t i o n t h er e s e a r c hu l t i m a t e l yd e v e l o p e da ni n t e l l i g e n tv e n e t i a nb l i n dc o n t r o ls y s t e m b a s e do nl o n w o r k s ，w h i c ha c h i e v e dv e n e t i a nb l i n dc o n t r o lu s i n gt h ea z i m u t ho fs t i l l a n df i r ea n dl i g h t i n gs y s t e mw a r n i n gs i g n a la sp a r a m e t e ri nt h ea u t o m o d e i nt h e m a n u a lm o d e i ts u p p o r t su s e rl o c a lc o n t r o la n dt h ea d m i n i s t r a t o rr e m o t ec o n t r o l f u n c t i o n t h es y s t e mm a d et h e e f f e c t i v eu t i l i z a t i o no fs o l a re n e r g y , w i t hc e r t a i n r e f e r e n c ev a l u ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c eo ft h ep r o m o t i o n 。 k e yw o r d s ：b u i l d i n ga u t o m a t i o ns y s t e m ；l o n w o r k sb u sa n di n t e g r a t i o n ； n e u r o nc h i p ；s u p e r v i s i n gs o f t w a r e i v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 1 绪论1 1 1 智能楼宇系统的现状及发展概述1 1 2 智能楼宇系统中的现场总线技术概述和特点比较3 1 3l o n w o r k s 技术在智能楼宇中应用的可行性7 1 4 智能百叶窗帘系统的提出背景及意义8 1 4 1 绿色智能楼宇系统的耗能与低碳经济8 1 4 2 智能百叶窗帘系统国内外发展现状9 1 5 课题主要研究内容1 0 2l o n w o r k s 技术介绍12 2 1l o n w o r k s 核心技术12 2 1 1l o n t a l k 通信协议介绍1 2 2 1 2l o n w o r k s 网络地址结构14 2 1 3l o n w o r k s 协议提供的报文服务16 2 1 4l o n w o r k s 协议的网络变量1 6 2 1 5l o n w o r k s 网络的极限l8 2 1 6l o n w o r k s 神经元芯片简介及特点1 8 2 2l o n w o r k s 技术与i n t e m e t 的融合21 2 3l o n w o r k s 开发语言和工具介绍2 3 v 2 3 1n e u r o nc 语言简介2 3 2 3 2n o d e b u i l d e r 简介2 5 2 3 3l o n m a k e r 简介2 6 2 4 本章小节2 7 3 智能百叶窗帘控制系统节点的开发设计2 7 3 1 智能百叶窗帘控制系统节点的硬件总体方案2 8 3 1 1 需求分析及节点总体方案设计2 8 3 2 2 节点核心器件选型及技术说明3 0 3 3 3 主控c p u 核心及外围电路模块设计。31 3 3 4n e u r o n3 1 5 0 模块电路及扩展模块3 3 3 3 5l o n 通信网络节点通信部分设计3 5 3 3 6n e u r o n 芯片存储器扩展电路设计3 6 3 3 7n e u r o n 芯片与s t c 8 9 c 5 2 单片机接口设计4 0 3 3 8 电机控制模块电路设计4 1 3 3 9 电机保护电路设计4 4 4 智能百叶窗帘控制系统节点软件设计4 5 4 1n e u r o n 芯片的软件编程整体规划4 5 4 2s t c 8 9 c 5 2 单片机软件编程模块5 2 5 智能百叶窗帘控制系统的组网设计5 3 5 1l o n w o r k s 控制网络组网设计流程简介5 4 5 2 智能百叶窗帘控制系统关键设备的选用5 6 5 3 智能百叶窗帘控制系统组网设计总体架构方案设计5 9 v i 5 4 本章小结6 1 6 百叶窗帘控制系统上层监控管理软件的开发61 6 1 系统需求分析6 1 6 2 开发环境的介绍6 2 6 2 1v i s u a ls t u d i 0 2 0 0 8 和c 撑简介6 2 6 2 2i l o nl0 0e 3i n t e m e ts e r v e r 通信接口6 4 6 3 百叶窗帘控制系统管理软件的实现6 6 6 3 1 百叶窗帘控制系统登录模块6 6 6 3 2 百叶窗帘控制系统主界面6 7 6 3 3 系统设置模块。6 8 6 3 4 楼宇信息模块6 9 6 3 5 自动模式下的查询模块7 0 6 3 6 百叶窗帘单独与区域集中控制模块7 1 7 结束语7 6 参考文献7 8 v i i 基于l o n w o r k s 的智能百叶窗帘系统设计及组网研究 1 绪论 当今社会是科学技术日新月异、飞速发展的信息时代。随着通信、电子、计 算机、自动控制技术的迅猛发展，人们对生活、办公环境的安全性和舒适性要求 日益提高，智能楼宇从上个世纪末以来得以高速发展，其中楼宇自动化系统 b a s ( b u i l d i n ga u t o m a t i cs y s t e m ) 是其中的关键之一【l 】。 智能楼宇通常包括三大基本要素：楼宇自动化系统b a s ( b u i l d i n g a u t o m a t i o ns y s t e m ) 、通信自动化系统c a s ( c o m m u n i c a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ) 及办公自动化系统o a s ( o f f i c ea u t o m a t i o ns y s t e m ) ，通常称之为“3 a 系统【2 】。 之前智能楼宇大多采用常规的计算机通信技术，即以单片机为核心的区域控 制器，加上以r s 2 3 2 或r s - 4 8 5 串行通讯总线为标准的系统链接，监控系统通 过现场安装的传感器、控制器以及相应的变送器和执行机构对各种被监控对象进 行自动检测和控制。这种系统虽然可以满足大多数用户的要求，但其集成度低、 规范性差，且无统一标准，故可靠性、互换性、维修性及可扩充性均难以达到理 想效果和规范要求，且由于采用了封闭式通信协议而极易形成“自动化孤岛”。 现场总线控制系统f c s ( f i e l db u sc o n t r o ls y s t e m ) 因通信协议的开放性而 能很好地解决上述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。在当前流行的现场总线中，l o n w o r k s 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 1 智能楼宇系统的现状及发展概述 智能楼宇系统，其本质是运用计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示 技术，对整个大厦的建筑设施，如空调、照明、供电、供水、电梯、消防报警等 设备进行自动化管理与控制，从而提高大厦的技术与信息含量，增强其整体竞争 力【3 】。 随着信息技术的迅速发展，人们对各类建筑物的使用功能要求提高，智能楼 字系统也越来越复杂。早在2 0 世纪5 0 年代初期，些发达国家就在楼宇建筑 中采用电子器件组成控制系统，各种仪表、信号灯及操作按键通过各种线路接至 基于l o n w o r k s 的智能百叶窗帘系统设计及组网研究 分散在现场的机电设备上，用来集中监控设备的运行情况，并对各种机电系统实 现手动或自动控制。到上个世纪6 0 年代末，开始出现数字式自动化系统，并逐 步采用专用计算机系统进行管理、控制和显示。随着微电子技术的发展，2 0 世 纪8 0 年代中期开始，采用计算机构成的控制系统，达到常规控制技术无法达到 的性能指标，从而为实现楼宇的智能化打下了良好的基础。 半个多世纪以来，智能楼宇系统经历了以下几个阶段【4 】： 1 c c s ( c o m p u t e rc o n t r o ls y s t e m ) 计算机控制系统阶段 2 0 世纪7 0 年代，数字计算机开始在控制领域中被大量应用。其特点是在 测量、模拟控制、逻辑控制等过程中普遍实行集中控制，建立中央计算机系统， 信号传输系统大部分都沿用4 m a 2 0 m a 模拟信号。控制的集中增加了系统失控 的可能性，潜伏着系统由于一点不慎而造成瘫痪的危险，可靠性较差。 2 d c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) 集散控制系统阶段 针对c c s 的可靠性较差问题，使用微处理器将集中控制变为分散控制，其 特点是由几台计算机和智能部件构成控制系统，功能分散是其显着特点。 3 f c s ( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ) 现场总线控制系统阶段 f c s 是d c s 的发展，采用现场总线控制系统，即从分散控制到现场控制， 数据传输采用总线方式。其特点是数字化程度高，总线上传送的信号全部为数字 信号，资源可以共享。目前国际上有4 0 种宣称为开放型的现场总线标准。这些 协议根据国际标准化组织( i s o ) 的计算机网络开放式互连系统的o s i 参考模型来 制定的。大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。在这些现场总线中不 乏优异的现场总线，比较著名的如基金会现场总线f f ( f o u n d a t i o nf i e l d b u s ) 、局 部操作网络l o n 总线( l o c a lo p e r a t i n gn e t w o r k ) 、控制局域网络c a n ( c o n t r o l a r e an e t w o r k ) 、过程现场总线p r o f i b u s ( p r o c e s sf i e l d b u s ) 及可寻址远程传感器 高速通信的开放通信协议1 4 根t ( h i g h w a ya d d r e s s a b l er e m o t et r a n s d u c e r ) 、 m o d b u s 、b a c n e t 等1 4 。 自从1 9 8 4 年美国哈特福德( h a r t f o r d ) 市建成第一座智能楼宇以来，在世界 范围内，智能楼宇以一种崭新的面貌和技术，迅速在各地展开。如今，智能楼宇 经过多年的发展，已进入了“绿色建筑新境界的更高智能阶段。在真正实现以 人为本的前提下，通过对楼宇设备的控制和管理，实现节约能源、保护协调环境 和可持续发展的原则，强调高效率、低能耗、低污染。另一方面，随着信息技术 2 基于l o n w o r k s 的智能百叶窗帘系统设计及组网研究 产业的急速发展，智能建筑的内涵和面貌日新月异，作为智能楼宇核心的智能楼 宇系统，要求的是网络化的集成。集成系统的开发，已从面向过程转化成面向对 象，密切结合应用需求，强调综合集成。从信息交互上看，其己经从简单的状态 信息组合和基于监控的处理，发展到基于内容的处理和融合。 1 2 智能楼宇系统中的现场总线技术概述和特点比较 现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节 点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场 总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计 算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制 仪表连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化 测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交 换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。 虽然目前国际上有4 0 种宣称为开放型的现场总线标准，但是适合在智能楼 宇领域获得了较广泛的应用的现场总线技术主要有l o n w o r k s 、b a c n e t 、c a n 、 e i b 等现场总线： ( 1 ) l o n w o r k s 美国e c h e l o n 公司1 9 9 1 年推出了l o n ( l o c a lo p e n a t i n gn e t w o r k s ) 技术，又 称l o n w o r k s 技术。它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件 公司的大力支持，已经在楼字自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、 停车场管理等领域获得广泛应用。l o n w o r k s 技术为设计和实现可互操作的通用 测控网络提供了一套完整、开放、成品化的解决途径，可将不同总线测控系统集 成为一个方便实用的集成测控系统【5 j 。 l o n w o r k s 总线以其开放性、互操作性、实用性和可靠性受到众多用户的支 持1 6 】。目前，使用l o n w o r k s 技术进行产品开发的厂家多达2 5 0 0 家之多，有许 多种智能产品问世，如美国e c h e l o n 公司的智能控制器系列，广州威世达的智 能控制节点等。该技术在全世界的应用遍布工业自动化、楼宇自动化、电子测量、 能源管理、家庭自动化、电力、酿酒等许多行业。而l o n w o r k s 总线比较适合于 一些大型的智能楼宇方面控制网络，其网络功能强大。为推动l o n w o r k s 总线的 3 基于l o n w o r k s 的智能百叶窗帘系统设计及组网研究 发展，e c h e l o n 公司不断的推出新举措， 能设备上，使l o n w o r k s 总线更加开放， 允许通信协议l o n t a l k 被移植到任何智 充分利用集成电路技术和计算机软件技 术，不断改进神经元芯片的性能，并推出功能更加完善的服务软件。随着网络技 术的迅速发展，自然推动l o n w o r k s 总线与管理网络的连接，发展成为现场总线 企业网【6 】。 l o n w o r k s 的f c s 在楼宇自动化领域获得了广泛的应用： 1 目前，全球8 0 以上的楼宇控制设备厂商采用l o n w o r k s 技术，生产其 楼宇控制产品； 2 国际互操作协会l o n m a r k 制定了基于l o n w o r k s 产品的互操作设计指南， 保证不同厂商产品之间的互操作； 3 全球已有约5 0 0 0 个厂商采用l o n w o r k s 开发o e m 产品，已有超过5 0 0 0 万台l o n w o r k s 设备安装使用； 4 l o n w o r k s 的通信协议( 即l o n t a l k 协议) 已成为许多国家和国际标准化组 织采纳的控制网络通信协议的标准，其中包括美国暖通空调工程师协会 ( a s r m a e ) 标准、消费电子联盟( c e a ) 和美国国家标准化组织( a n s i c e a - 7 0 9 1 ) 标准，欧洲c e n 2 4 7 标准等； 5 中国建设部、信息产业部和北京市技术质量监督局主持制定的建筑及 住宅社区数字化应用国家标准中采纳l o n w o r k s 为控制网络通信协议推荐标准； 6 全国工业测量和控制标准化技术委员会已将a n s i e 认7 0 9 系列标准转 化为中国国家标准控制网络l o n w o r k s 技术规范，包括：协议规范、电 力线信道规范、自由拓扑双绞线规范、基于隧道技术在口信道上传输控制 网络协议的规范。 具体地说l o n w o r k s 具有以下特点： 网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、 树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂的现场环境，方便现场布线； 支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等； 双绞线介质根据不同信道类型具有两种传输速率：7 8 k b p s 和1 2 5 m b p s ，最大传 输距离由网络拓扑形式和传输介质决定，一般可从5 0 0 m 到2 7 0 0 m 。可接人的节 点最多为3 2 3 8 5 个； 完善的研发工具。提供完善的系统开发环境，采用开放的n e u r o nc 语言， 4 基于l o n w o r k s 的智能百叶窗帘系统设计及组网研究 它是a n s ic 语言的扩展； 无主的网络系统。l o n w o r k s 网络中各节点的地位相同，网络管理可设在 任一节点处，并可安装多个网络管理器； 开发l o n w o r k s 网络节点的时间较短，也易于维护。l o n w o r k s 采用的 l o n t a l k 协议固化在e c h e l o n 公司的n e u r o n 芯片中，这样可以节省开发l o n w o r k s 网络节点的时间，也方便维护。 ( 2 ) b a c n e t b a c n e t 是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。它代表了 智能建筑发展的主流趋势。b a c n e t 不是软件或硬件，也不是固件，严格地说， b a c n e t 并不是现场总线，而是一种网络协议，即通信规则。为不同商家产品的 系统之间进行信息交流提供平台和支持。b a c n e t 详细阐述了系统组成单元相互 分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全 部规则。b a c n e t 将协议分为四层：物理层、数据链路层、网络层和应用层。b a c n e t 的物理层和数据链路层支持l o n t a l k 协议另外，他的物理层还支持e i a 2 3 2 e n - 4 8 5 e t h e m e t 和a r c n e t 协议数据链路层还支持i e e e 8 0 2 2 m s t p ( 主从 令牌传递) 和p t p ( 点到点) 协议可根据系统通信速度选择不同的网络技术。相对 其它现场总线，b a c n e t 标准最大的优点是可以与e t h e m e t 、l o n w o r k s 等网络进 行无缝集成。不过b a c n e t 主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问 题设计，并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。b a c n e t 标准已在全球 得到了广泛的应用，全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持 b a c n e t 标准。b a c n e t 在不到l o 年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼 宇自控领域中唯一的i s o 标准。虽然我国是w t o 和i s o 成员国，但是b a c n e t 在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小，而且在工程中采用的b a c n e t 产品 和技术也基本上全部是从国外引进的，还没有真正意义上的国产化b a c n e t 相关 产品【7 1 。 ( 3 ) c a n c a n 总线最初是德国b o s c h 公司为汽车监控控制系统设计提出的，现在它 已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。c a n 具 有以下优点： 采用8 字节的短帧传送，故传输时间短、抗干扰性强： 5 基于l o n w o r k s 的智能百叶窗帘系统设计及组网研究 具有多种错误校验方式，形成强大的差错控制能力。而且在严重错误的情 况下，节点会自动离线，避免影响总线上其它节点； 采用多点及广播方式传输数据，无需调度。c a n 总线可采用双绞线，同 轴电缆或光纤作力传输介质。通信速率可达1 m b p s 4 0 m ，直接通信距离最远可达 1 0 k m 5 k b p s ； c a n 芯片不但价格低而且供应商多。 c a n 缺点是：c a n 总线上最多可挂接1 1 0 个节点，这不完全能满足整个智 能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展，相对其它一些现场总线， c a n 总线技术比较简单。因此，很早国内就有一些企业推出了基于c a n 总线的 楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出t $ 2 0 0 0 楼宇自控系统r 7 1 。 ( 4 ) e i b e i b 是欧洲安装总线( e u r o p e a ni n s t a l l a t i o nb u s ) 的缩写。它在1 9 9 0 年被提出， 经过十多年的发展，成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准，在欧洲得到 了进3 0 0 家厂商的支持。e i b 采用双绞线、电力线、同轴电缆、无线作为其通信 介质。在很多场合，主要还是使用双绞线和电力线。以用户为导向，具有开放性、 互操作性和灵活性的e i b 协议摈弃了控制中心思想，有效地应用于包括照明、安 防、时间事件管理等住宅楼宇领域的所有分支。1 9 9 9 年e i b 被引进中国的智能 化建筑领域，在短短的几年里，国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场 所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用，如厦门国际会展 中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。国内的e i b 项目基本上被a b b 公司 和s i m e n s 公司所垄断瞵j 。 它们之间功能上的比较如表1 1 所示。 表1 1l o n w o r k s 总线与其它一些总线技术的比较 网络 功能 l o n 形a r k sb a c n e tc a n e i b 支持网络管理 是 否否是 连接设备( 重 复器，桥，路全部全部 无全部 由器) 芯片( 组) 有没有有 有 智能楼宇， 应用领域智能楼宇自动化 智能楼宇 工业现场 6 基于l o n w o r k s 的智能百叶窗帘系统设计及组网研究 o s i 协议层 l 7 1 ，2 ，3 ， 71 ，2 ，71 ， 2 ，3 ，4 ， 7 系统类型 网络网络总线总线 最大传输率 1 2 5m b s10m b s1m b s9 6 k b s 最大传输距离 2 2 k i n 1 0 k i n1 k m 开发调试工具完善较少完善比较完善 1 3l o n w o r k s 技术在智能楼宇中应用的可行性 l o n w o r k s 技术应用于智能楼宇系统的可行性，主要有以下几方优势： ( 1 ) l o n w o r k s 网络采用i s o o s i 参考模型的7 层协议，使得系统具有很好的 开放性。通过路由器和网关，可以建立宽广的网络，便于实现可扩展的系统。目 前e c h e l o n 公司已实现将其数据包打入口数据包中，以实现l o n w o r k s 网络与 i n t e m e t 的无缝连接，该技术是一个不断升级的具有发展性的技术。而l o n m a r k 组织所定义的网络变量标准使得不同厂商的设备具有良好的互操作性。 ( 2 ) 它支持多种通信介质，保证了系统可以有多种组态。若采用双绞线，通 信速率为7 8 k b p s 时，其总线型拓扑具有2 t k m 的传输距离，自由拓扑的网络结 构则具有5 0 0 m 的传输距离，足以满足该大厦的应用。 ( 3 ) n e u r o n 芯片集通信与控制于一体，便于实现直接接入网络的控制系统。 同时，e c h e l o n 公司提供的m i p 软件可将n e u r o n 芯片转换为一个具有5 层通信 协议的接口，使得其它的c p u 能够透明的接入网络，为开发基于其它c p u 的更 大的、实时性更强的应用提供了广阔的空间。 ( 4 ) l o n w o r k s 支持查询、更新自动发送、定时发送等多种网络数据的访问方 式，有非确认、非确认重复、确认和请求响应等服务方式，可设定优先级发送， 基于l o n w o r k s 的智能百叶窗帘系统设计及组网研究 还具有良好的可靠性、技术开放性和互操作性，所以论文在众多的现场总线技术 分析的基础上，最后选用基于l o n w o r k s 技术来设计智能百叶窗帘系统。 1 4 智能百叶窗帘系统的提出背景及意义 当今世界能源消耗日益增大，全球温室效应不断加剧，2 0 1 0 年哥本哈根气 候峰会后，低碳经济模式的盛行。在国际大都市里，如雨后春笋般涌现的智能化 建筑如何合理、高效地利用洁净的天然能源，减少对电能的依赖，己经越来越受 到全世界的关注。智能楼宇是以智能化建筑环境内系统集成中心( 以计算机为主 的管理控制中心) 为主，通过大厦结构化综合布线系统与各种信息终端传感器( 如 光感、天气要素等) 连接，“感知”大厦内各个空间的“信息 通过计算机处理 给出相应对策，再通过信息终端和控制终端给出相应反应，使大楼具有某种“智 能 。智能楼宇是信息时代的必然产物。随着全球信息化与经济国际化的深入发 展，智能楼宇已成为各大国际大都市综合实力的具体象征和形象标志。同时，智 能楼宇也是未来“信息高速公路 网站的主节点。 玻璃幕墙的智能楼宇的出现，使整个城市容貌增添了现代感，但是室外的太 阳光线就可以直接射入室内，如果不遮挡，这对大楼里办公的环境造成影响，但 是完全简单地把所有阳光遮挡在室外，就不能充分利用自然光线资源，从而照明 系统消耗更多的电能，不能降低智能楼宇的耗能成本。所以在全球能源问题日益 突出，低碳经济模式的兴起的背景下，如何更合理、高效地利用太阳光，构造一 个智能百叶窗帘控制系统，来保证其室内光线满足工作和办公的需要，则显得尤 为重要。 1 4 1 绿色智能楼宇系统的耗能与低碳经济 气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战，随着2 0 1 0 年哥本哈根气候峰会的 召开后，低碳经济模式兴起。所谓低碳经济是以低能耗、低排放、低污染为基础 的一种经济发展方式。其实质是通过能源技术和减排技术的创新、产业结构和制 度创新等手段，尽可能减少能源消耗，大规模开发利用可再生能源与低碳能源， 提高能源利用效率和创建清洁能源结构，减少二氧化碳等温室气体排放，实现人 类生存发展观念和环境的根本转变，达到经济社会发展与生态环境保护的双赢。 8 基于l o n w o r k s 的智能百叶窗帘系统设计及组网研究 中国对节能减排方面进行倡导，许多省市都在为耗能大的大型建筑寻求各种节能 解决方案，而拥有高科含量的绿色智能楼宇系统成为首选。 绿色智能楼宇是指为人们提供健康、舒适、安全的居住和活动的空间，同时 在建筑安全生命周期中实现高效率利用各种自然资源，对环境产生影响的建筑 物。绿色智能楼宇是人类对建筑和居住问题理性思考的结晶，将成为我国智能建 筑发展的重要标志1 9 j 。 人们目前正经历着传统的“绿色”向“智能绿色”的转变。用“绿色”推动“智能”， 用“智能”服务于“绿色”，“绿色”与“智能”不仅仅是系统，其更是“绿色”的智能化。 可以设想，在未来建筑和小区住宅中，智能化系统为人们创造出高效、便捷的工 作条件、安全的环境、健康的生活方式，智能化系统控制着建筑技术功能，最大 限度地减少能耗，尽可能地发挥建筑的生态效应。可见，智能建筑的发展已经不 再局限于用