现场总线在楼宇监控系统中的应用
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【摘要】现场总线是一种全分布控制系统，以LonWorks总线为基础设计的楼宇监控系统具有高度的开放性和互操作性等优点，在实际应用中，效果显著。
【关键词】现场总线；LonWorks；楼宇；监控系统；智能节点
自控技术是当前推动新技术、新产业革命的核心技术。随着微电子技术的不断发展，工控系统已成为微电子技术应用领域最具活力的一个分支。由于人们对系统的可靠性和灵活性不断提高，现场总线技术应运而生，从其诞生之日起便受到了广泛的关注和研究，应用范围不断扩大。随着人们对居住环境要求的不断提高，更需要对居住环境加强管理，就这样，现场总线技术也被运用到只能楼宇控制系统中去。目前，现场总线的标准尚未统一，存在着多种类型的现场总线，这其中，LonWorks总线由于其卓越的性能，被誉为通用控制网络，本文的设计主要是以LonWorks。
1 LonWorks总线概述
现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的智能现场设备或现场仪表互连的一种分散化、全数字化、双向多变量传输的串行通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。
目前，由于统一的国际标准未有建立，因此总线种类比较繁多，有40多种，其中影响比较大的主要有基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN总线。其中，LonWorks由于支持节点数较多，最高可达3200个，被誉为通用控制网络，它采用了ISO/OSI模型的全部7层通信协议，其技术核心是综合通信、控制功能于一体的Neuron芯片，该芯片封装了LonTalk协议，并且集成了3个8位处理器，分别负责介质访问、网络处理及应用处理。传输介质采用双绞线、同轴电缆、光纤、红外线和电力线等，通信速率在300bPs~l.5MbPs之间。它具有如下特点：
1.1 支持的网络结构广泛。现有的网络结构都可以使用，并且多种网络结构还可以自由组合，这使得网络构建更加灵活。
1.2 开放性与互操作性。LonTalk网络协议是开放的，对任何用户都是平等的。而且，其协议已被一些国际标准组织确认，其可以与任何制造商的实现互操作，因此，采用这种总线技术，会使得系统的可靠性大大增加。
1.3 支持多种通信介质，如双绞线、电力线、电源线、光纤、无线、红外等，而且在同一网络中可以有多种通信介质，并且在同一网络中可以多种通信介质混合使用，这一特点实现了增强了网络的兼容性。
1.4 网络节点之间采用逻辑连接，这样，当系统中需要增加或修改节点时，就会很很容易，便于系统的扩充升级。
1.5 无行业限制，由于采用了采用了ISO/OSI模型的全部7层通信协议，因此，目前的大多数智能设备、仪表或系统都可以采用。
1.6 改善了CSMA ，采用可预测P坚持CSMA，这样，在网络负载很重的情况下，不会导致网络瘫痪。
由此不难看出，LonWorks技术完全满足了未来发展测控网络的要求，即满足了开放性互操作性、多种通信介质、网络结构及网络拓扑方面的要求，是一种通用测控网络技术，具有广阔的应用与发展前景。
2 LonWorks总线在智能楼宇设计中的应用
2.1 系统的网络设计
2.1.1 系统的网络构成
楼宇自动化监控系统通常是由上位管理机、LonTalk适配器及智能节点组成，它用LonWorks现场总线把各节点连接成一个分布式智能控制系统，这是一种两级计算机的监控系统，其智能节点可根据实际需要增加或减少。在我们的设计中，上位管理机采用PC机，网络拓扑结构采用总线方式，传输介质采用双绞线，由于楼宇建筑内部任意两个节点之间的距离可能比较远，因此，我们的通信位速率设为78.125kbps，这是，LonWorks总线任意两节点之间的通信距离最远可达2700m。上位机通过LonTalk适配器与LonWorks总线相连，对整个系统进行集中监控与管理，并且分析与检测网络通信上的节点间的通信包、网络变量等的通信状况，包括通信量的分析、数据包的误码率和内容检测等；LonWorks接口控制器负责接收上位机下达的指令和上传本节点的实时检测参数。
2.1.2 节点功能
智能节点控制器通过LonWorks总线接收上位机的各种操作指令和设定参数，负责一个安防监控区域具体的检测、控制和报警。每个智能节点完成如下功能：
（1）防盗探测器：防盗系统最主要的功能在于为业主的财产安全以及人身安全提供保障，它是在住宅内各个关键部位安装探测器进行昼夜监控来实现，如玻璃破碎传感器、红外入侵传感器、微波防盗传感器、振动传感器、移动传感器，一旦监测到异常情况，智能系统会通过报警系统将相关警情传输到物业管理中心的报警接收计算机，以便安保人员能够及时采取措施，确保业主人身财产安全。
（2）防火报警探测器。保障业主的财产安全和人身安全，及时发现火灾隐患，消灭火灾隐患，控制火灾的蔓延是防火报警探测器的主要功能。它是利用感烟式、感温式和煤气泄漏等传感器，及时发现火灾苗头，打开喷淋系统，关闭煤气控制阀进行灭火，必要时输出报警信号，以便人们组织扑救，控制火灾蔓延。
（3）门禁控制。传统的机械门锁是一种简单的机械装置，无论质量如何，都可以打开，随之出现的电子磁卡锁，刚刚出现的时候其安全性是可以的，但是随着其应用的越来越广泛，其核心技术也被一些不法分子所掌握。不过现在门禁系统比较成熟，涉及现代安全管理措施和微机自动识别技术，涵盖了多项技术，如通讯技术、光学、电子、机械等，通过采用这种系统能够有效解决重要部门出入口的安全方法管理，一旦有可疑情况，能够及时发现。
（4）视频监视系统。这是一个综合性很强的功能，它是在小区的主要入口、通道、停车场、门厅等重要的公共部位配备摄像机，对楼内的消防、各种设备的运行以及人员的活动进行现场监视，使得管理人员在控制室能够对楼内重要地点进行全面观察。并且，由于它的运行只需要一个工作人员，甚至进行远距离、大范围监控，因此，它被认为是小区安保工作必不可少的手段。
（5）报警功能。报警系统是双向的，一方面可以通过报警系统向其他节点发出报警信号，让智能节点采取应对措施，同时也可以接受其他节点的报警信号，同时还能自动检测LonWorks通信的正确性，有错时可报警。
2.2 智能节点的软硬件设计
2.2.1 硬件设计
在本系统系统中，智能节点由LonWorks主控制模块、微处理器单元AD μC812、防盗探测器、防火报警探测器、身份识别控制系统、视频监视系统、报警系统、通信接口、显示器和键盘电路组成。其中，LonWorks主控制模块用于通信和控制，它是智能节点的基本构成单位。微处理器单元ADμ C812单片机在于实现AI、 AO、DI和 DO等功能的驱动，并完成与主控制模块的数据传输，。为了提高系统的抗干扰能力和可靠性，在主控制模块和微处理单元之间使用了由高速隔离器件TLP521构成的隔离电路。
2.2.2 系统软件设计
基于LonWorks的楼宇监控系统，系统的大部分控制功能都分散到各个智能节点。智能节点需要完成两项主要任务，即检测信号和监控计算机与智能节点之间的信息交换。智能节点的软件采用Neuron C语言编写，其任务调度是事件驱动，即给定时间发生的条件为真，则相关任务的被执行。
3 结束语
通过测试，本系统运行稳定可靠。将LonWorks技术应用于智能楼宇监控系统，有效提高了系统的操作性，简化了系统集成环节。并且，采用这种这种分层结构的组合与TCP/IP完全兼容，体现了完全的开放性和互操作性，能够满足不同应用的需求。
作者简介：
苏明（1975.8~ ），男，山东滨州人，电气专业工程师，现供职于滨州建筑设计院有限责任公司。
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