Lonworks技术在智能家居系统中的应用

1、Lonwoorks技技术在智能能家居系统统中的应用用摘要：智能能家居是近近年来产生生并迅速崛崛起的种种新型住宅宅，它是建建筑艺术、生活理念念与信息技技术、电子子技术等现现代高科技技的完美结结合。智能能家居为住住户提供了了一种更加加安全、舒舒适、方便便、快捷和和开放的智智能化、信信息化生活活空间。本本文首先对对智能家居居的概念及及构成情况况作了总体体的阐述，介介绍了智能能家居在国国内外的发发展现状，指指明了智能能家居重要要性以及智智能家居的的发展方向向。 现场总线线技术的发发展使得LLonwoorks总总线技术脱脱颖而出，本本文简要介介绍了常用用的几种现现场总线的的概况以及及Lonwworkss

2、技术在现现场总线技技术中的地地位和和优优势，对LLonwoorks技技术的技术术核一tll,：神经经元芯片、LonTTalk协协议、Loonworrks收发发器等进行行了详尽的的描述；重重点介绍了了集先进的的计算机技技术、通信信技术、控控制技术为为一体的智智能家居节节点的开发发与研制，并并且对节点点硬件电路路的各种接接口电路以以及节点信信号采集和和信号输出出部分的软软件驱动进进行了详尽尽的设计。本文设计计的智能家家居节点采采用单片机机AT899S51作作为主处理理器来完成成用户的应应用程序，主主要负责对对各种现场场信号进行行采集、处处理及控制制，工作在在并行从AA方式下的的神经元芯芯片MC33

3、150作作为从处理理器，主要要完成与现现场网络上上的各节点点及中心控控制室之间间的通信工工作。为便便于实时监监控现场的的数据，形形象反映现现场的运行行情况，本本文使用组组态王工业业组态软件件，对智能能家居系统统实现上位位机的监控控设计。本本文最后还还将所设计计的智能家家居节点应应用到了淮淮安信息职职业技术学学院智能实实验室中进进行应用和和测试。本本系统设计计的智能家家居节点运运用了当今今工控领域域最为先进进的现场总总线技术，具具有结构简简单、可靠靠性高、容容易产品化化等优点，产产品是面向向中等层次次以上家庭庭的需求，具具有广泛的的应用市场场。目前我我国对Loonworrks技术术的应用以以及智

4、能建建筑的设计计刚刚起步步，随着业业内人士的的更多了解解，相信会会有更广泛泛的应用前前景。关键字：LLonwoorks技技术：智能能家居；神神经元芯片片；组态 Lonwoorks techhnoloogy iin inntellligennt hoome ffurniishinng syystemm appplicaationnAbstrract：Intellligeent HHome is aa newwtypeeresiidencceprooduceedin receentyeearswwith therrapiddriseeIt is aaperffectccombiinatiionof

5、f moddem hhilghh-tecch suuch aas arrchittectuuralaart,pphiloosophhyofllife，iinforrmatiion ttechnnologgy,anndeleectroonicsstechhnoloogyIIntellligeentHoomeprroviddesa inteellecctuallizedd andd infformaationnbaseed liivingg spaacefoorlivver,SSOthaat ittis ssaferr,fasster,moree commforttablee，connveniie

6、nt andoopeniingIIt exxpounndedtthecooncepptanddcompposittionoofInttelliigentt Homme，inntrodducedd its deveelopmment stattus hhome and abrooad nnowaddays，aand poinntedoout ttheesssenttialiity oofInttelliigenttHomeeSysttemannd thhedevveloppmenttdireectioon offInteelliggentHHome Theddevellopmeentoff Fi

7、eeldbuustecchnollogymmakess Lonnworkks buustecchnollogyttalenntshoowingg itsselfIt intrroducced seveeralccommoonlyuused Fielldbusstechhnoloogy, and illuuminaated the posiitionn and impaactoff Lonwworl(Stecchnollogyiin fiieldbbusteechnoologyyAnddcarrried out a deetailleddeescriiptioonofkkey ttechnnol

8、oggies of LonwworlccS：NeeuronnChipp，LonnTalkk prootocoolandd Lonnworll(S ttranssceivverIItstrrongllyinttroduuced theddesiggn and deveelopmmentoofinttelliigenttHomee nodde whhichiinteggrateedadvvanceedcommputeer teechnoologyy,commmuniicatiions techhnoloogy,ccontrrol ttechnnologgy,ass welll as vvarioo

9、us hhardwware inteerfacce ciircuiit annd sooftwaare ddrivee ofssinglle inpuutanddoutpputfoor a detaailedddesiign MCU AT899S51 is adoppted as tthe mmainpproceessorrtocoompleetethhe ussersappplicaationnsATT89S551 is mainnly rrespoonsibblefoor thhe vaariouus siignallscolllectiing，pproceessinnganddcontt

10、rolllingNeurron CChipMMC3 11 50 worrked in sslavee Afoorm，aas thheacccessoory pproceessorr,takkes ccharggethee commmuniicatiions betwween the scenne noddes oon thhe neetworrk annd thhe ceentraal coontrool rooomAndKKingvview is uused to mmonittor tthe PPC offInteelliggent hemmeFinallly,tthe ddesiggno

11、fssecurrity guarrd noode WWasappplieed tothhe EIIP Laab off Huaaian Infoormattion and Techhnoloogy CColleegefoordebbuggiinganndtesstinggIntthisppaperr,thee dessignoofinttelliigenttnodees ussed tthe mmost advaancedd fieeldbuustecchnollogy,andhhasmaany aadvanntageessucch ass asiimplee strructuure，hhi曲

12、reeliabbilittyandd easyy prooducttItss prooducttfacees miiddleeleveelfammily-orieenteddneedds annd haas a broaadappplicaationnmarkketAAt pressent，ttheapppliccatioonsoff Lonnworkkstecchnollogyaand tthedeesignnofinntellligennt buuildiingshhavejjustbbegunnin chinna；Ibbelieeve iit wiill bbe moorewiidely

13、y useed，wiithaggreatter uunderrstanndinggofinndusttryKeywoords : Loonworrksteechnoologyy；InttelliigenttHomee；Neuuron Chipp；Kinngvieew：设计题目目分析、总总体设计方方案选择1.1 现场总线线技术概述述 到目前为为止，工业业控制自动动化技术经经历了两次次革命。一一次是二十十世纪五六六十年代从从电气传动动控制到模模拟信号为为主的自动动化仪表系系统；第二二次是二十十世纪七八八十年代集集散控制系系统(DCCS)的出出现。DCCS将计算算机引入到到控制系统统，用分散散的IO

14、O模板代替替控制室仪仪表，将分分散的测量量点通过计计算机进行行集中监控控。然而，DDCS系统统本身具有有以下不可可克服的问问题： 11一对一一接线，不不仅增加了了安装维护护费用，也也降低了系系统的可靠靠性； 22采用“操作站控制站现场仪表表”三层主从从结构模式式，仍存在在着可靠性性隐患； 33各个DDCS系统统采用封闭闭的协议不不利于系统统的互操作作： 44模拟信信号传递限限制了传输输介质和拓拓扑结构的的选择。现在，工业业控制领域域正进行着着第三次革革命基于现现场总线的的控制系统统(FCSS)。1.1.11 现场场总线系统统的特点 现场总线线是应用在在生产现场场和微机化化测量控制制设备之间间实

15、现双向向串行数字字通信的系系统。它在在制造业、工业过程程、交通和和楼宇等自自动化系统统中具有广广泛的应用用前景。 现现场总线技技术将专用用微处理器器置入传统统的测量控控制仪表，使使它们各自自具有了数数字计算和和数字通信信能力，并并且采用可可进行简单单连接的双双绞线作为为总线，把把多个测量量控制仪表表连接成网网络系纠。现场总线线系统中还还采用公开开一致的通通信标准，使使各个厂家家设备可以以交互信息息，实现互互操作，这这就是真正正意义的开开放系统。 现现场总线导导致传统控控制系统结结构的变革革，形成了了新型的网网络集成式式全分布式式控制系统统现场总总线系统。与传统控控制技术相相比，现场场总线技术术

16、具有以下下鲜明的特特点：1开放式式控制网络络开放式控控制网络允允许许多智智能设备之之间相互通通信，而不不需加入监监控设备并并能负责整整个系统级级的控制算算法。网络络上的设备备构成对等等(peeertoppeer)结构，即即每个设备备负责直接接将信息发发布到网络络上的其它它设备，信信息由设备备的发送器器以数据包包形式发出出，一个或或多个接收收器接收这这些数据包包。开放式式的控制网网络如图221所示示。2分布式式智能网络络已出现许许多年了，除除了大型计计算机系统统外，通常常还没有应应用到网络络控制设备备，绝大多多数通信协协议仍被用用来进行计计算机或个个人之间的的数据通信信。随着微微处理器价价格不断

17、下下降，可以以将微处理理器嵌入到到价格低廉廉的控制器器和控制设设备。在这这个意义上上说，控制制设备具有有通信和信信息处理的的能力(承承担传感测测量、补偿偿计算、数数据处理和和控制任务务)，该设设备亦称为为“智能设备备”。3强大的的网络功能能在传统网网络中，采采用的通信信协议通常常服务于网网络性能的的优化。然然而在控制制网络中，通通信协议主主要提供智智能设备间间频繁、可可靠、安全全的通信，设设备间对等等的信息传传输。现场场总线技术术采用自由由拓扑结构构，现场设设备自治，以以点对点通通信方式实实现分散基基础上的信信息融合。通过各种种智能网关关、桥接器器和路由器器不仅实现现现场设备备的分段成成组，还

18、可可实现现场场控制系统统向信息系系统的集成成。1.1.22 现场场总线技术术的发展 现场总线线技术是计计算机技术术、通信技技术和控制制技术的综综合与集成成，它的出出现使传统统的自动控控制领域产产生了革命命性的变革革，形成了了新型的网网络集成或或全分布控控制系统即即现场总线线系统(FFCS)112ll。由于现场场总线适应应了工业控控制系统向向分散化、网络化和和智能化发发展的方向向，它一经经产生便成成为全球工工业自动化化的热点，受受到全世界界的普遍关关注。 现场总线线自20世世纪80年年代中期问问世，传统统的自动化化仪表、集集散控制系系统(DCCS)、可可编程控制制器(PLLc)的产产品功能结结构

19、受到了了挑战222】。自自动化设备备的制造厂厂家被迫进进行产品更更新换代，出出现了一批批集检测、运算、控控制功能于于一体的变变送控制器器，具有通通信功能的的智能化数数字仪表，以以及带有控控制模块和和故障信息息的执行器器，大大改改变了现有有设备的维维护管理方方式。现场场总线是新新型自动化化系统，又又是低带宽宽的底层控控制网络，它它可与Inntemeet的企业业内部网相相连，沟通通生产过程程现场级设设备与更高高控制管理理层之间的的联系，以以分布式的的智能和强强大的网络络能力增强强了系统的的可靠性和和品质，代代表了工业业自动化的的发展方向向。由于现现场总线担担负测量控控制的特殊殊任务，具具有信息传传

20、输的实时时性、高可可靠性和短短帧传送，其其传输速率率一般为几几KBss至10MMBs之之间。 目目前国际上上有几种现现场总线技技术已逐渐渐形成其影影响，并在在一些特定定的应用领领域显示了了自己的优优势。它们们分别为基基金会现场场总线(FFounddatioonFieeldbuus，FFF)、美国国Echeelon公公司的Loonworrks现场场总线、CCAN(CContrrolArreaNeetworrks)总总线和HAART(HHighwwayAdddresssablle ReemoteeTrannsduccer)总总线等。其其中Lonnworkks总线以以期支持OOSFRMM七层模型型、

21、支持多多种通信媒媒介及易于于实现等诸诸多特征，受受到了广泛泛的关注。 现场总线线技术产品品具有很强强的开放性性、兼容性性、可靠性性和互操作作性，广泛泛用于工业业过程、楼楼宇、家庭庭、能源等等自动化领领域。现场场总线技术术促使控制制网络与信信息网络的的集成，极极大地改变变人们的生生产方式和和生活方式式，扩大了了传统控制制领域的范范畴。20000年33月，Eccheloon公司开开始出售iiLonnl0000 Inttemett服务器，这这是一个突突破性产品品，可以使使用在家庭庭、建筑、工厂和运运输系统中中的数以百百计的Loonworrks设备备，并将变变成Webb的一部分分，这便拓拓宽了工业业领

22、域中的的基于Inntemeet的市场场和应用。19999年6月，SSUN公司司展示了LLonwoorks设设备在Jiini网络络作为共享享服务的一一幕。Jiini的LLonwoorks代代替基于LLNS(LLonwoorksNNetwoork SServeer)网络络操作系统统，不需要要另外的软软硬件和设设备驱动112引。EEchellon公司司的总裁兼兼首席执行行官Kenn Dshhman先先生这样评评价Jinni技术与与Lonwworkss网络的结结合：“通过结合合，Lonnworkks成为JJini服服务提供者者；我们可可以想象，任任何一个设设备都能在在任何时间间、任何地地点参与共共享其

23、它设设备的服务务弘4。”国际现场总总线技术的的发展虽然然才有十几几年的时间间，但国外外的工业控控制基础较较好，而且且各种总线线技术的标标准都是由由他们提出出的。我国国近几年也也掀起了研研究和应用用现场总线线技术的热热潮，中国国计算机协协会工控专专委会成立立了Lonnworkks控制网网络协作网网，成员已已达40多多个，大型型建筑业过过程控制系系统已逐渐渐推广现场场总线系统统。1.2 Lonwworkss总线技术术综述Lonwoorks是是美国Eccheloon公司于于90年代代初推出的的一种现场场总线技术术，其神经经元芯片同同时具备通通信与控制制功能，内内含三个88位处理器器，分别负负责介质访

24、访问控制、网络处理理和应用处处理，这样样一个神经经元芯片加加上收发器器就可以构构成一个现现场控制节节点，神经经元芯片也也可以作为为通信协议议处理器，用用高性能的的主处理器器完成复杂杂的测控功功能。Loonworrks技术术采用网络络变量，网网络变量对对在同一个个网络中的的其他节点点是透明的的，标准网网络变量类类型定义了了变量的单单位、数值值、范围和和分辨率，使使得网络通通信的设计计简化成为为参数设置置，增加了了通信的可可靠性。LLonwoorks技技术改善了了CSMAA，对所有有节点根据据网络积压压参数等待待随机时间间片来访问问介质，有有效地避免免了网络频频繁碰撞，即即使网络负负载很重也也不会

25、导致致网络瘫痪痪。Lonnworllcs技术术所使用的的LonTTalk协协议遵循IISOOOSI模型型，并提供供OSI参参考模型所所定义的全全部七层服服务，Loon总线采采用专门的的网络收发发器，使其其支持不同同介质组合合的网络，这这样用户不不但可以选选择任意形形式的网络络拓扑结构构，而且在在同一个网网络内部可可以混用双双绞线、光光纤、电力力线、无线线、红外线线、同轴电电缆等通信信介质，网网络处理能能力的巨大大优势使其其在各个领领域得到日日益广泛的的应用，其其通信协议议已被越来来越多的标标准化组织织所采用，并并被接纳为为他们的标标准。中国国建筑行业业协会已将将Lonwworkss定为智能能建

26、筑的主主要推荐技技术，并成成立了智能能建筑技术术Lonwworkss协作网。Lonwworkss技术作为为新一代网网络控制技技术，以优优良的开放放性、互操操作性、网网络适应性性、灵活的的网络拓扑扑以及面向向对象的网网络通信设设计等优点点，成为现现场总线技技术和控制制领域的一一个最佳选选择，并成成为小区智智能化建设设的最佳方方案之一。1.3 Lonwworkss现场控制制系统的构构建基于Lonnworkks技术的的现场控制制系统由LLonwoorks节节点和路由由器、Loonworrks协议议、Lonnworkks收发器器和Lonnworkks网络管管理几个部部分构成。1.3.11 Loonwo

27、rrks节点点 节点点被称为智智能设备，它它包括一个个神经元芯芯片，LoonTallk收发器器、存储器器、电源和和外围电路路。节点是是物理节点点的抽象，应应用设备节节点、路由由器、网络络接口卡都都是节点。1.3.22 路由由器 路由由器是Loonworrks技术术的一个主主要组成部部分，用来来连接不同同通信介质质的Lonnworkks网络。在Lonnworkks技术中中，路由器器包括以下下几种：中中继器、桥桥接器和路路由器。路路由器除连连接不同媒媒介的Loonworrks网络络外，还能能控制网络络交通，增增加信息通通量和网络络速度。1.3.33 Loonworrks协议议 LLonwoorks

28、协协议称为LLonTaalk协议议和ANSSIEIIA70991控制制网络标准准，是Loonworrks系统统的灵魂，它它固化于神神经元芯片片中，是直直接面向对对象的网络络协议。该该协议提供供一系列通通信服务，使使得一个设设备的应用用程序可以以在不了解解网络拓扑扑、名称、地址或其其它设备功功能的情况况下发送和和接收网络络上其它设设备的报文文。LonnTalkk协议能提提供端到报报文确认，报报文认证、打包业务务和优先传传送服务，提提供网络管管理服务的的支持，并并允许远程程网络管理理工具与网网络设备进进行交互。 1LonTTalk协协议特点 1)LonTTalk协协议采用分分级编址方方式，即域域、

29、子网和和节点地址址。 2)LonTTalk协协议支持多多种通信介介质，包括括双绞线、电力线、同轴电缆缆、无线电电和红外线线、光纤传传输介质等等。 3)网络上任任一节点可可以对其它它节点进行行操作，传传输控制信信息。 4)响应时间间快，通信信安全可靠靠。 2LonTTalk协协议的功能能LonTTalk协协议符合IISO制订订的开放系系统互联OOSI标准准，具有完完备的七层层协议，如如表211所列。由由表中可以以看出，LLonTaalk提供供的服务包包括：物理理信息管理理；命名机机制、数据据包寻址和和路由选择择：通信的的高可靠性性；优先级级管理和外外部帧和数数据表示等等。 3LonTTalk协协

30、议标准LLonTaalk协议议是一个分分层的、基基于数据包包的对等通通信协议，是是一个公认认的标准并并遵循OSSI模型分分层规则。为了确保保满足控制制网络的可可靠和鲁棒棒的通信标标准，LoonTallk协议为为控制应用用提供了一一个高可靠靠、高性能能、高抗干干扰性强的的通信机制制。 11)物理层层：定义了了在通信信信道上位流流的传输 22)数据链链路层：定定义介质访访问方法和和确保有效效利用单一一信道的数数据编码。 33)网络层层：定义了了来自源设设备的报文文是如何选选择路由到到达一个或或多个目的的的设备。 44)传输层层：确保可可靠的报文文传输。 55)会话层层：对较低低层数据交交换加以控控

31、制。6)表示层层：定义报报文数据的的编码。7)应用层层：定义为为一种低层层交换数据据的公共语语义解释，使使不同的应应用程序中中网络变量量改变时，均均能自动将将更新的网网络变量下下传(发送送)或上传传(接收)。应用层层还定义了了一个文件件传输协议议，用来传传输应用程程序间的传传输流。4LonnTalkk提供的服服务1)物理信信道管理：LonTTalk协协议支持一一种或多种种不同传输输介质构成成的网络。这些传输输介质包括括双绞线、电力线、无线射频频、同轴电电缆和光纤纤等。不同同介质的传传输距离、传输速率率、网络拓拓扑结构以以及所用的的收发器均均不相同。每个网络络节点连接接到物理信信道上，一一个或多

32、个个信道具有有特定频率率的射频，一一条电力线线信道是与与交流电力力线相连的的线段。多多条信道由由网桥和路路由器连接接，收发器器是神经元元芯片与信信道的接口口，信道的的传输率与与传输介质质和收发器器有关。2)LonnTalkk协议的命命名机制和和寻址方式式：(1)神经经元芯片命命名：神经经芯片具有有一个特有有的48位位标识(NNeuroon IDD)，NeeuronnID由芯芯片生产厂厂家惟一确确定，并且且终生不变变。由此，NNeuroon IDD作为神经经芯片的名名字，可以以惟一区别别其他神经经芯片。(2)地址址：地址是是一个对象象或一组对对象的特有有标识，与与名字不同同，地址是是可以改变变的

33、。LoonTallk地址唯唯一地确定定一个LoonTallk数据包包的源节点点或目标节节点，路由由器则利用用这些地址址在信道之之间选择数数据包的传传输路径。尽管Neeuronn ID也也可以作为为地址，但但它不能作作为寻址的的唯一方式式，这是因因为该寻址址方式只支支持一对一一的传输，将将需要过于于庞大的节节点路由表表以优化网网络流量。仅仅当网网络安装和和配置时，才才使用芯片片的Neuuron ID寻址址方式。为为了简化路路由选择，LLonTaalk协议议定义了分分级的地址址形式：域域(Dommain)、子网(Subnnet)和和节点Oqqode)地址。除除此之外，还还有组地址址。(3)寻址址方

34、式：该该方式由域域地址、子子网地址和和节点地址址等方式组组成。域地址(Domaain)：域是一个个信道或多多个信道上上的节点的的逻辑集合合。一个域域就是一个个实际意义义上的网络络，通信只只能在同一一域中配置置的节点之之间进行。域地址用用域标识符符ID来表表示，可以以分为0、1、3或或6个字节节。域标识识是唯一的的。子网地址址(Subbnet)：一个子子网是在同同一域中节节点的逻辑辑集合。一一个子网最最多可有1127个节节点，一个个域最多可可有2555个子网。子网中的的所有节点点必须在同同一信道上上，并且子子网不能跨跨越智能路路由器。如如果一个节节点属于两两个域，该该节点必须须属于每个个域中的一

35、一个子网。节点地址址(Nodde)：一一个子网内内的节点被被赋予该子子网内的唯唯一节点标标识码。节节点的标识识码为7位位，所以每每个子网最最多可以有有127个个节点，一一个域中最最多可以有有255xx127=323885个节点点。组地址(Grouup)：组组是一个域域内节点的的逻辑集合合。与子网网不同，组组不需要考考虑节点的的物理位置置。组可以以包括路由由器，一个个节点最多多可以属于于15个组组，一个域域最多可以以有2566个组，组组地址的长长度为1个个字节。芯片地址址(Neuuron ID)除除了子网席席点地址之之外，节点点可以用NNeuroonID寻寻址。Neeuronn ID为为48位长

36、长，这个IID码是唯唯一的。寻址格式：节点有五五种寻址方方式。寻址址格式确定定了地址格格式的字节节数。每种种寻址格式式的字节数数见表22。注意意，在计算算整个地址址长度时，应应在表22中给出出的地址长长度基础上上再加上域域地址长度度(该域地地址长度范范围为0-6个个字节。) 33)网络管管理与网络络设备： (1)网络络管理：一一个Lonnworkks网络是是否需要一一个网络管管理节点，取取决于实际际应用的需需求。一个个网络管理理节点具有有以下功能能：寻找未未配置的节节点并下载载网络地址址；停止、启动和复复位应用程程序；访问问节点通信信统计；配配置路由器器；下载新新的应用程程序；提取取运行网络络

37、的拓扑结结构。在一一个开发环环境中，网网络管理节节点的应用用相当于LLonBuuildeer开发平平台的网络络管理，其其任务包括括定义、配配置、下载载和控制LLonwoorks网网络。LoonBuiilderr协议分析析仪具有监监视、采集集和显示网网络通信流流量以及性性能统计等等功能。 (2)路由由器：一个个路由器连连接两个信信道并且在在信道间转转发数据包包。路由器器可以用中中继器、网网桥、学习习路由器、配置路由由器四个路路由算法之之一配置。 44)LonnTalkk提供的通通信服务： (1)网络络效率：网网络的响应应时间、安安全性和可可靠性是相相互关联的的。 (2)LoonTallk报文服服

38、务：LoonTallk协议提提供四种报报文服务：确认服务务、请求应答方式式、非确认认重发方式式和非确认认方式，以以定义标准准网络变量量类型来实实现应用之之间的兼容容。 55)LonnTalkk协议中的的定时器：在使用LLonTaalk协议议服务之前前，需正确确设置事务务定时器、重发定时时器、组接接收定时器器、非组接接收定时器器、缓冲器器释放定时时器。 66)网络接接口：LoonTallk协议包包含一个可可选择的网网络接口协协议，该协协议支持在在任一主处处理器上运运行的Loonworrks应用用。主处理理器可以是是微处理器器、微控制制器或PCC机。主处处理器管理理LonTTalk协协议的第66层

39、和7层层，并且使使用LonnTalkk网络接口口管理协议议的155层。LoonTallk网络接接口定义网网络接口和和主处理器器之间的数数据交换格格式。不同同的网络接接口具有不不同的网络络接口协议议。在主处处理器上执执行的应用用程序通过过网络驱动动器与网络络接口通信信，网络驱驱动器管理理缓冲器分分配，将来来自或发往往网络接口口的数据送送入缓冲器器并且在网网络接口层层协议中屏屏蔽主机应应用的任何何差异。LLonTaalk网络络驱动器定定义了主机机应用与网网络驱动器器之间的标标准报文格格式。 77)数据表表示：LoonTallk协议采采用面向数数据的应用用协议。在在这种方式式下，节点点间以标准准工程

40、单位位或其它预预定义的单单位交换诸诸如温度、压力、状状态和文字字串等应用用数据，而而命令语句句封装在接接收节点的的应用程序序中并且不不是将命令令在网上传传送。以这这种方式，同同一工程量量可送到多多个节点，然然而每个节节点对该数数据有不同同的应用程程序。“数据表示示”由基于芯芯片节点的的芯片固件件完成；在在基于主机机的节点中中，“数据表示示”由主处理理器完成。 (1)网络络变量：网网络变量是是LonTTalk协协议中表示示层的数据据项，网络络变量可以以是数据项项或是一个个结构，网网络变量用用关键字NNetwoork定义义。每个网网络变量由由应用程序序表明其数数据类型。对于基于于芯片的节节点来说，

41、当当在一个应应用程序中中通过赋值值操作引起起了输出网网络变量的的变化，神神经芯片固固件自动地地用LonnTalkk协议服务务在网络上上传播其更更新的值。(2)显示示报文：将将报文的目目的地址、报文服务务方式、数数据长度和和数据组成成APDUU(应用层层数据单元元)下传并并发送，将将发送结果果上传并激激活相应的的发送结果果处理进程程。当收到到信息时，能能根据上传传APDUU判断是否否显示报文文，并根据据报文代码码激活相应应的处理进进程。1.3.44 Loonworrks收发发器 每每个网络设设备包括一一个收发器器，收发器器提供一个个Lonwworkss设备与网网络的物理理通信接口口。收发器器简化

42、了可可互操作的的网络设备备的开发，这这可适用于于不同的通通信介质和和网络拓扑扑。在任给定的设设备中，设设备所使用用的收发器器类型是很很重要的。这是因为为具有相同同类型收发发器的设备备在网络上上可以直接接通信，具具有不同收收发器类型型的设备必必须通过路路由器才能能实现互操操作。 EEchellon公司司提供双绞绞线收发器器和电力线线收发器，而而其它公司司提供用于于无线电、光纤和其其它介质的的收发器。 11双绞线线收发器双双绞线收发发器是一种种最通用的的类型，许许多设计方方案中都会会使用它。配置双绞绞线收发器器可满足性性价比要求求。双绞线线收发器与与Neurron芯片片的接口有有三种基本本类型：E

43、EIA-4485、直直接驱动和和变压器耦耦合。 11)EIAA-4855：通常市市售的EIIA4885收发器器与其他的的收发器相相比，在成成本、性能能、体积等等方面有更更多的优势势。在元器器件参数不不变的情况况下，能支支持多种数数据传输速速率(最高高达1225Mbs)以及及多种通信信介质。EEIA4485收发发器通用模模式的电压压范围比直直接驱动收收发器更宽宽，但比变变压器耦合合收发器稍稍窄。公共共电压范围围为712V，但但通过使用用光电隔离离器可提高高电压范围围。 22)直接驱驱动：直接接驱动接口口使用Neeuronn芯片的内内部收发器器，并配有有外接电阻阻、限流二二极管和EESD保护护装置

44、。如如果网络上上的节点数数不超过664个，且且各节点使使用普通电电源供电，电电路板所支支持的数据据传输速率率最高不超超过1225Mbs，网络络配置选择择直接驱动动接口是较较为理想的的引。在这这种模式下下，一般的的电压范围围限制在OO9V-VDDD175V。 3)变压器耦耦合：变压压器耦合接接口适用于于需要高性性能、高隔隔离度和高高抗干扰能能力的应用用场合。变变压器耦合合收发器的的通信速率率最高可达达1255Mbss。由于有有不同类型型的变压器器，开发者者可开发适适合自己的的2线制或或4线制的的变压器耦耦合电路。 2. 电力线线收发器强强噪声环境境和接线范范围的限制制使电力线线收发器的的应用更加

45、加复杂。EEchellon公司司提供一组组符合北美美和欧洲标标准的收发发器系列产产品，其工工作性能非非常好。当当Neurron芯片片与电力线线收发器接接口时，NNeuroon芯片的的通信端口口应设置为为专用模式式，此时的的最高数据据传输速率率为10KKbs。 3无线射频频收发器符符合Lonnworkks技术的的无线射频频收发器RRF可用于于许多场合合，它有不不同的频率率范围可供供选择。在在低成本、低发射功功率的场合合，可使用用单一频率率(3500MHz)的收发器器。对于需需要高发射射功率的应应用场合，MMotorrola公公司提供有有相应的无无线射频收收发器产品品，可工作作在4500MHz的的

46、频率范围围内1300】。与无无线射频收收发器接口口时，Neeuronn芯片的通通信端口应应设置为单单端工作模模式，此时时能达到的的最大数据据传输速率率为48000Bd(波特)。1.4 Lonwworkss网络管理理Lonwoorks技技术包括设设计、使用用和支持LLON网络络所需的全全部工具，主主要有：神神经元芯片片NeurronChhip、神神经元芯片片编程语言言Neurron CC、网络通通信协议LLonTaalk、网网络接口、网络路由由器Rouuter、网络收发发器Traansceeiverr和网络开开发工具LLonBuuildeer(或NNodeBBuideer)。这这些组成LLonw

47、oorl(ss的基本要要素为LOON网络的的设计提供供了一个完完整的开发发环境。FFCS系统统的设计者者可以利用用这些平台台设计LOON网络中中的节点并并安装网络络。网络中中采用Neeuronn芯片的智智能节点(可能是传传感器、变变送器、执执行机构或或其他测控控设备)之之间遵循LLonTaalk局部部操作网络络通信协议议，这种遵遵循LonnTaikk协议的局局部操作网网络就称为为Lonwworkss控制网络络系统，其其结构如图图2-3所所示。目前对Loonworrks系统统的网络管管理有两种种途径，一一种是适用用Visuual CContrrol进行行网络管理理，这种方方法的优点点是网络结结构

48、形象逼逼真，它可可以将整个个网络系统统以树型的的方式展现现在用户面面前，用户户可以方便便地增、删删节点和结结构分支，并并可方便地地查看各个个节点中网网络变量的的数值与状状态。其缺缺点是网络络较庞大、价格也较较昂贵。因因为网络系系统只是其其中的一部部分功能，故故实际现场场中单作为为网络管理理有些不经经济，由于于软件本身身的问题，网网络管理系系统的故障障率较高，有有待进一步步改进。另一种是使使用LonnMakeer网络管管理软件，它它具有小巧巧、实用的的特点。缺缺点是系统统运行在DDOS方式式下，界面面不太直观观，但在现现场管理上上比较经济济实用，软软件所占空空间小且价价格便宜。LonMMaker

49、r是美国EEchellon公司司为其现场场总线Loonworrks配套套开发的网网络管理组组态软件，它它可以通过过对节点内内和节点间间网络变量量的实时连连接，在线线完成控制制系统的组组态，这使使人们可以以在线重新新调整组织织控制系统统，并可实实时修改网网络变量的的数值与状状态，以便便技术人员员进行现场场调试及测测试。：系统电路路设计智能家居是是智能化住住宅的重要要组成部分分，它利用用家庭总线线系统来进进行各种信信息的传送送，将家庭庭内的各种种信息通信信设备连接接到总线式式的传输线线上。在加加强各设备备之间相互互有机联系系的同时，可可同社会信信息网的种种种功能融融合起来，成成为社会网网络的一部部

50、分，做到到在任何地地方或任何何时候都可可以随意地地查询或索索取家庭内内外的各种种信息。2.1 智能家居居系统结构构 LonWWorkss技术的应应用给家庭庭住宅智能能化带来了了全新的解解决方案。采用LoonWorrks网络络使得从封封闭的依赖赖于单个厂厂商的控制制系统到完完全可以互互操作的智智能家居控控制系统的的转变成为为现实，可可以以LoonWorrks技术术为依托开开发与LoonWorrks兼容容的通用智智能控制节节点，各种种专用节点点以及各种种智能传感感器执行器器搭建新一一代的智能能家居控制制网络。本智能家居居是基于LLonWoorks技技术构成的的，它既可可完成电表表、煤气表表、冷热水

51、水表等数据据的采集、传输，又又可通过红红外、气漏漏等传感器器进行安全全报警。通通过LonnWorkks节点的的DO口，还还可以实现现对家电、照明等设设备的控制制，对室内内的温度、湿度进行行检测。智智能家庭控控制系统其其拓扑结构构如图31所示。从上图可以以发现整个个系统是由由3层网络络构成：1)第l层层是IOO设备层，包包括了门磁磁、窗磁、紧急按钮钮、探测器器、各种模模拟家电。主要是现现场的执行行装置和传传感器2)第2层层为控制器器层，即LLon节点点，主要负负责数据采采集和控制制3)第3层层是计算机机层，主要要是PC计计算机，主主要是数据据传送和显显示图31中LoonWorrks控制制模块(即

52、即Lon节节点)集成成了个神神经芯片、通信收发发器、存储储器和晶振振。Lonn节点仅需需添加一个个电源、外外围电路接接口和在神神经芯片上上运行的应应用程序就就可以构成成一个完整整的节点。家庭Pcc机插入LLon网卡卡才能与LLon节点点进行相互互通信。AAD转换换器和DA转换器器可以分别别接传感器器和执行器器，属于数数据采集部部分。Loonworrks节点点可以采用用以神经元元芯片为核核心的方式式，也可以以采用神经经元芯片加加主处理器器的方式。1采用以以神经元芯芯片为核心心的Lonnworkks节点(基于芯片片的节点)神经元芯芯片是一组组复杂的VVLSI器器件，一个个神经元芯芯片包括应应用CP

53、UU、IOO处理单元元和通信处处理器。因因此，一个个神经元芯芯片加上收收发器就可可构成一个个典型的现现场节点，负负责现场设设备的通信信和简单数数据处理任任务。图332a)为基于芯芯片的节点点结构框图图。2采用神神经元芯片片加主处理理器的Loonworrks节点点(基于主主机的节点点)神经元元芯片是88位总线，最最高主频为为lOlVVlHz。对于一些些复杂的控控制，如带带有PIDD算法的单单网路、多多回路，其其控制就力力不从心。而采用HHost Basee结构是解解决这一矛矛盾的好方方法：将神神经元芯片片作为通信信处理器，用用高级主机机的资源完完成复杂的的测控功能能。图3-2b)为为一个典型型的

54、基于主主机的节点点结构图。其中主处处理器可以以是微控制制器或PCC机等。如图所示，基基于芯片的的节点结构构简单，成成本低，但但完成的功功能有限：基于主机机的节点，结结构复杂，成成本较高，能能实现强大大功能。智智能家居网网络系统中中，对于电电灯，仪表表，开关等等仅需简单单输入输出出功能的设设备主要使使用基于NNeuroon芯片的的节点设计计方法。而而对于电饭饭煲、空调调、冰箱，洗洗衣机等复复杂家电的的控制，主主要使用基基于主机的的节点设计计方案。本本课题旨在在研究对于于复杂的智智能家居节节点的控制制，因此采采用了基于于主机的节节点设计方方法。此处处的主处理理器本文将将采用ATTMEL公公司生产的

55、的AT899S51单单片机。2.2 智能家居居节点的硬硬件设计本设计在节节点设计过过程中，恰恰逢淮安信信息职业技技术学院智智能实验室室动工，按按照实验室室对智能家家居系统的的要求，论论文设计的的节点相对对于智能家家居节点所所实现的功功能略微简简单，但设设计原理及及方案相同同，根据LLonWoorks总总线技术具具有开放性性这一显著著特点，可可在设计的的智能家居居节点上扩扩展不同的的外部设备备，以实现现更多的功功能。2.2.11 智能能家居节点点的总体结结构图智能家居的的节点结构构框图如图图3-3所所示，神经经元芯片MMC31550是智能能家居节点点的通信控控制部分，通通过它可以以与住宅小小区其

56、它的的节点进行行通信联络络，物业管管理中心也也是通过它它向各个家家庭安防节节点传达控控制命令的的。图中单单片机ATT89S551是家居居节点的中中心控制部部分，整个个单片机及及其它与其其相连的设设备均一起起作为神经经元芯片的的输入输出出设备，其其实这一部部分也具有有相对立的的功能：如如果神经元元芯片与LLonWoorks总总线断开时时，那么整整个安防节节点仍具有有防盗报警警等功能，这这时的控制制完全由AAT89SS51来完完成。所以以该系统的的可扩展升升级性很强强，能满足足不同用户户的需求。图中的开开关量输AA输出出及模拟量量输入输输出用来采采集各种报报警信号和和完成ATT89S551下达的的

57、控制命令令。2.2.22 神经经元芯片与与AT899S51的的接口 LonWWorkss技术的核核心是神经经元芯片，神神经元芯片片使用CMMOs VVLSI技技术，允许许运行价格格低廉的控控制网纠336J。神神经元芯片片主要包括括MCl4431500和MCll431220两大系系列，31150芯片片支持外部部存储器，可可进行软件件的扩展，适适用于大型型复杂系统统；31220本身为为一完整的的最小系统统，它支持持小型应用用程序，适适用于简单单的低成本本系统。 两两种神经元元芯片的存存储器配置置是不同的的，31220不可外外接E2PPROM，而而31500则可以，因因此它有外外部数据线线和地址线线

58、及少量控控制线的引引脚。在两两种芯片的的E2PRROM中存存储有网络络配置、编编址信息以以及神经元元芯片的唯唯一48位位标识符NNeuroon IDD(由生产产厂商写入入)，另外外还有用户户应用程序序代码和只只读数据。在两种芯芯片的静态态RAM中中(2K和和1K)，设设有数据堆堆栈，存储储有应用程程序和系统统数据，并并开辟有LLonTaalk协议议中的网络络缓冲区和和应用缓冲冲区p7|。 33150系系列可以扩扩展外部内内存空间(有地址线线A0-A115)，而而31200系列则只只有片内固固定的内存存空间(无无地址线)。由于33150系系列为用户户留下了更更为广阔的的创造空间间，能够满满足用户

59、写写入更周全全和复杂的的控制逻辑辑，具有更更广泛的用用户群。 在在本论文所所设计的家家居节点中中，我们所所选的芯片片也是31150芯片片。家居节节点采用单单片机ATT89S551作为主主处理器，与与Neurron芯片片接成并行行IO对对象的操作作模式。NNeuroon芯片的的并行IO对象允允许以最高高为333Mbpss的速率双双向传输数数据。并行行m对象的的物理接112通过NNeuroon芯片的的11个IIO引脚脚完成。应应用在并行行IO状状态下的NNeuroon芯片不不再能有其其它的IO对象来来处理物理理接El，NNeuroon芯片固固件还可实实现令牌传传递和握手手协议来实实现同步和和防止总

60、线线竞争【3381。为为增加设计计的灵活性性，Neuuron芯芯片提供几几种并行IIO对象象的操作模模式：主模模式，从AA模式和从从B模式。每种模式的的不同属性性用于不同同的功能：(1)主模模式是并行行IO对对象的智能能模式。在在这种模式式下Neuuron芯芯片控制它它自己和它它的从处理理器之间的的握手协议议。(2)在从从A模式中中，Neuuron芯芯片是在主主处理器的的控制下工工作的。(3)从BB模式的操操作逻辑与与从A模式式相同，但但在握手过过程和数据据总线控制制方面进行行了特别的的设计以适适用于微处处理器总线线环境，NNeuroon芯片对对主处理器器来说是作作为一个内内存映像的的IO设设