测控总线作业.doc

一LON总线的概念，特点，现状，应用技巧LON总线技术是当今炙手可热的自动化技术，已经被广泛应用在楼宇自动化、智能小区、交通运输、工业控制等领域。智能卡技术在智能小区中的应用也是如火如荼。如何把LON总线技术和智能卡技术集成为一个成本低廉、自动化程度高和安全可靠的系统，是许多企业竞相研发的一种重要技术，也有着广泛的应用前景。 论文首先概括性地介绍了智能小区的概念以及LON总线技术，并对LON总线技术在智能小区中的应用做了分析和展望。在概括性地介绍智能卡的物理结构之后，重点介绍了AT89SC168芯片的使用，智能卡的文件数据结构和卡内操作系统结构。然后论文在详细研究DES、RSA、ECC等加密算法的前提下，分析了它们在实际应用中性能上的优缺点，进而，设计了一种基于DES和ECC的混合加密体制，给出了算法的实现流程，解决了单独使用DES、RSA算法所带来的密钥保存不方便和运算速度较慢等问题，有效地提高了系统的安全性能。接着文章给出了一种基于LON总线的小区智能卡系统集成方案。该方案解决了小区产品协议多元化和面向各种应用的体系结构不匹配等问题，并使用混合密码体制提高了系统安全性。最后文章设计了一个基于LON总线的小区智能卡停车收费管理系统和门禁系统，并给出了每个系统详细的软硬件、网络设计和安全性解决措施。设计的系统具有信息综合、资源共享、物业管理集中化等特点和自动化程度高、性能稳定、高度安全等优点，使得智能小区真正达到住户安全、舒适、便捷等要求。LONWorks(Local Operating Networks,局部操作网络)总线是由美国Echelon公司推出的一种现场总线技术.由于LonWorks控制网络的开放性、高速性和互操作性,它已广泛用于工业、楼宇、家庭、办公设备、交通运输、能源等自动化领域.EIA RS-232-C/RS-485通信网络在控制系统中应用最为普及,许多设备大都只提供RS-232或RS-485/422接口,不能直接接入LonWorks网络.因此,需要将现场LON网络介质上的信息转换为RS-232-C/RS-485标准的信号,或将RS-232-C/RS-485标准信号转换为包含LonTalk协议的数据,从而实现不同网络间的数据传输,同时也为上位PC机、底层工作站提供转换接口.本文所设计的LonWorks智能通信节点方便地与EIA RS-232-C/RS-485标准的串行I/O设备进行通信,轻松实现现场节点与上位PC机或其它RS-232-C/RS-485控制设备之间的可靠、准确、快捷数据传递LonWorks总线硬件智能节点以Neuron神经元处理器芯片为核心,其硬件电路还包括收发器、EEPROM、双口RAM、译码电路和service电路等.以神经元芯片构成网络接口,由它通过LonTalk协议与网上的其它智能节点通信,并通过双口RAM的访问实现与其它网络系统的数据交换.节点中用双口RAM充当不同网络通信过程中现场信息的接收、发送缓冲区,完成最近发送到达的交换数据的存储转发功能,缓解和避免系统缓存紧张和瓶颈的产生.用非易失性存储器EEPROM存放LonTalk网络协议固件、多任务调度程序、网络适配器通信管理程序以及网络配置信息等.LonWorks总线基本结构以Neuron 3150神经元芯片主构成的LonWorks现场总线一侧,其基本功能是实现LON网络上的智能节点功能;另一侧是由单片机系统构成的串行通信接口,其功能是实现EIA RS-232-C/RS-485标准的串行通信.在这两部分间采用了双口RAM CY7C130芯片作为数据共享区.CY7C130通信接口电路的左端口与Neuron 3150芯片连接,右端口与8051单片机系统连接,如图2所示.双口RAM的两端都有独立的数据线、地址线和控制线,两端都可对双口RAM的任意单元进行操作.只要两端不同时对同一地址单元进行操作就不会发生冲突.BUSY显示本端口想要存取的地址正在被另一个端口操作,发生硬件冲突时,后操作一端的BUSY信号有效.LonWorks总线抗干扰 Lon Works设备往往工作在复杂的电磁环境中,其自身各部分与周围其它电子设备之间,都不可避免地存在各种形式的电磁干扰和静电放电.为了保证通信的准确无误,延长硬件使用寿命,该通信节点在设计上结合LonWorks电路自身特点,采用有关接地、屏蔽和滤波的适当处理,有效减小了电磁干扰的影响.针对收发器FTT-10A,设计抗干扰电路时,应主要围绕印刷电路板上星形地结构和火花隙的设计.对于静电放电(ESD),在印刷电路板(PCB)设计中,采用火花放电隙,能够削弱到达收发器和后续缓冲器电路的ESD能量,使用箝位二极管,能大大增强节点承受来自网络连接端的ESD能力.对于电磁干扰,应尽量保证强噪声源(如DC/DC变换器、时钟电路等)远离收发器FTT-10A.LonWorks总线软件 在LON网程序设计中使用Neuron C语言.Neuron C是一种基于ANSI C且带有网络通信和高级硬件设备接口扩展语句的高级不应该.它增加了对I/O、事件处理、消息传递和分散数据目标的支持,扩充了包括软件上进行调试,因此应用程序的开发可独立于硬件设计进行.二Lon Works技术在智能家庭的具体应用1 系统结构本系统是智能家庭系统中的子系统，主要实现的是：当有人进入该区域时则立即进行图像采集，通过各个模块进行处理后经LON总线送入上位机并通知用户，该系统属于家庭安全防范中的一部分。由于本文的需要，只设置了1个节点(也可以有多个节点)。设计中采用通用的LonWorks节点模块，以神经元芯片Neuron3150作为主控制端，W77E58单片机作为受控端进行图像采集处理。其系统总体框图如图1所示。图1 系统总体框图2 硬件设计2.1 ZM460图像采集模块ZM460图像压缩模块采用JPEG压缩技术，是一种内置JPEG压缩功能的数字输出嵌入式摄像设备，图像具有多种分辨率输出完整的JPEG文件并结合最适应的网络协议，将图像通过RS232/485串口输出图像。由于该智能节点实时性要求不是很高，故本文采用W77E58单片机来控制。2.2 W77E58单片机芯片W77E58单片机芯片是一个快速并与8051单片机兼容的微控制器，它的内核经过重新设计，提高了时钟的速度和存储器访问周期速度W77E58的指令执行速度是标准8051单片机的1.53倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也比8051单片机低。W77E58内含32 KB Flash EPROM，工作电压为4.5V5.5V，具有1 KB片上外部存储器，当用户应用时使用片上SRAM，可节省更多IO口。FIFO存储器用作对ZM460图像采集模块所采集的图像数据进行缓存，调节W77E58单片机与ZM460图像采集模块之间速度的差异从而采集到完整图像。ZM460模块与W77E58单片机之间采用的是RS232接口。2.3 Neuron 3150芯片Neuron 3150芯片是LON总线的核心内部包括3个微处理器：MAC处理器、网络处理器、应用处理器。Neuron 3150芯片2的IO8、IO10通过双排针IO口分别与W77E58单片机的串行通信口RXD、TXD连接。因为神经元Neuron 3150芯片只支持半双工异步通信所以应用程序处理器在处理其他事件时将不能够再顾及串行输入，有可能发生丢失串口字符的现象。为解决该问题，可以使用硬件握手协议Neuron 3150芯片的IO0和IO1作为RST、CTS信号分别与W77E58单片机的P2.4和P2.5引脚相连，为了增强驱动能力中间再加1个反相器。如图2所示。图2主从处理器的连接框图2.4 Neuron 3150芯片收发器收发器是智能节点与LON网之间的接口是通信电路的核心。双绞线收发器是最通用的收发器类型。本设计采用变压器耦合型收发器FTT-10A。神经元芯片收发器的电路图如图3所示。另外，还有晶振电路、复位电路和Service电路等。晶振电路为Neuron 3150芯片提供工作时钟。复位电路用于在智能节点上电时产生复位操作。图3 Neuron芯片收发器连接图2.5 Neuron芯片与PC机的连接Neuron芯片与PC机通过双绞线连接。主机是1台PC机，通过PCLTA可以自由地在Lon Works上进行网络通信。PCLTA(PC Lon Talk Adapter)是一个网络适配器，在驱动程序的作用下，主机通过PCLTA上网，充当上位机的角色，它是Lon Works网络的一个特殊节点其作用是：与神经元芯片进行通信及与外界进行通信(包括手机)。3 软件设计单片机与Neuron 3150芯片之间的通信流程图如图4所示图4 单片机与 3150芯片通信流程图3.1 Neuron 3150芯片程序在Neuron 3150芯片中，使用的IO口称为串口（Serial）输入/输出对象。管脚IO8、IO10分别设置为异步串行数据的输入线和输出线。该IO对象类型是用于使用异步串行数据格式传输数据的场合如RS-232通信。传输格式是:1个开始位、1个数据位、1个停止位。输入串行IO对象将等待被接收的数据帧开始直到接收了202个以上字符所要时间才结束。限于篇幅，只给出下面接收程序：/接收程序：