Lonworks技术在智能家居系统中的应用

1、Lonworks技术在智能家居系统中的应用摘要：智能家居是近年来产生并迅速崛起的种新型住宅，它是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术等现代高科技的完美结合。智能家居为住户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷和开放的智能化、信息化生活空间。本文首先对智能家居的概念及构成情况作了总体的阐述，介绍了智能家居在国内外的发展现状，指明了智能家居重要性以及智能家居的发展方向。 现场场总线技术的的发展使得LLonworrks总线技技术脱颖而出出，本文简要要介绍了常用用的几种现场场总线的概况况以及Lonnworkss技术在现场场总线技术中中的地位和和和优势，对LLonworrks技术的的技术核一ttl,：神

2、经经元芯片、LLonTallk协议、LLonworrks收发器器等进行了详详尽的描述；重点介绍了了集先进的计计算机技术、通通信技术、控控制技术为一一体的智能家家居节点的开开发与研制，并并且对节点硬硬件电路的各各种接口电路路以及节点信信号采集和信信号输出部分分的软件驱动动进行了详尽尽的设计。本本文设计的智智能家居节点点采用单片机机AT89SS51作为主主处理器来完完成用户的应应用程序，主主要负责对各各种现场信号号进行采集、处处理及控制，工工作在并行从从A方式下的的神经元芯片片MC31550作为从处处理器，主要要完成与现场场网络上的各各节点及中心心控制室之间间的通信工作作。为便于实实时监控现场场的

3、数据，形形象反映现场场的运行情况况，本文使用用组态王工业业组态软件，对对智能家居系系统实现上位位机的监控设设计。本文最最后还将所设设计的智能家家居节点应用用到了淮安信信息职业技术术学院智能实实验室中进行行应用和测试试。本系统设设计的智能家家居节点运用用了当今工控控领域最为先先进的现场总总线技术，具具有结构简单单、可靠性高高、容易产品品化等优点，产产品是面向中中等层次以上上家庭的需求求，具有广泛泛的应用市场场。目前我国国对Lonwworks技技术的应用以以及智能建筑筑的设计刚刚刚起步，随着着业内人士的的更多了解，相相信会有更广广泛的应用前前景。关键字：Lonnworkss技术：智能能家居；神经经

4、元芯片；组组态 Lonworkks tecchnoloogy inn inteelligeent hoome fuurnishhing ssystemm appllicatiionAbstracct：Intellligentt Homee is aa newttypereesidennceprooduceddin reecentyyearswwith ttherappidrisseIt is apperfecctcombbinatiionof modemm hilggh-tecch succh as archiitectuuralarrt,phiilosopphyofllife，iinform

5、mationn techhnologgy,anddelecttroniccstechhnologgyInttelliggentHoomeproovidessa inttellecctualiized aand innformaationbasedd liviing sppacefoorliveer,SOtthat iitis ssafer,fasteer,morre commfortaable，cconvennient andoppeninggIt eexpounndedthheconcceptanndcomppositiionofIIntellligentt Homee，intrroduce

6、ed its devellopmennt statuus homme andd abrooad noowadayys，andd pointtedoutt theeessenttialitty ofIIntellligenttHomeSSystemmand tthedevvelopmmentdiirectiion offIntellligenntHomee Thhedeveelopmeentof Fielddbusteechnollogymaakes LLonworrks buustechhnologgytaleentshoowing itseelfItt introoducedd severr

7、alcommmonlyyused Fielddbusteechnollogy, and illumminateed thee posittion and impacctof Lonwoorl(Sttechnoologyiin fieeldbusstechnnologyyAndccarrieed outt a deetaileeddesccriptiionofkkey teechnollogiess of LonwoorlcS：NeuroonChipp，LonTTalk pprotoccolandd Lonwworl(SS trannsceivverIttstronnglyinntroduuce

8、d tthedessign and devellopmenntofinntelliigentHHome nnode wwhichiintegrratedaadvanccedcommputerr techhnologgy,commmuniccationns technnologyy,conttrol ttechnoology,as well as vaariouss harddware interrface circuuit annd sofftwaree drivve ofssinglee inputtandouutputffor a detaiileddeesign MCCU AT889S5

9、1 is adoptted as thhe maiinproccessorrtocommpleteethe uusersappllicatiionsAAT89S551 is mainlly ressponsiiblefoor thee variious ssignallscolleectingg，proccessinngandccontroollinggNeurron ChhipMC33 1 500 workked inn slavve Afoorm，ass theaaccesssory pprocesssor,ttakes charggethe commuunicattions betwee

10、en thhe sceene nodees on the nnetworrk andd the centrral coontroll roommAnddKingvview iis useed to monittor thhe PC ofInttelliggent hemeFinallyy,the desiggnofseecuritty guaard noode Waasappllied tothee EIP Lab oof Huaaian IInformmationn and Technnologyy ColllegefoordebuugginggandteestinggInthhispapp

11、er,thhe dessignoffintellligenntnodees useed thee mostt advannced ffieldbbustecchnoloogy,anndhasmmany aadvanttagesssuch aas asiimple struccture，hhi曲relliabillityannd easy produuctItts prooductffaces middllelevellfamilly-oriienteddneedss and has aa broaadappllicatiionmarrketAAt preseent，thheappllicati

12、ionsoff Lonwworksttechnoologyaand thhedesiignofiintellligentt builldingsshavejjustbeeguninn chinaa；Ibellieve it wiill bee moreewidelly useed，witthagreeater underrstanddingoffindusstryKeywordds : Lonnworksstechnnologyy；InteelligeentHomme；Neuuron CChip；KKingviiew：设计题目分析析、总体设计计方案选择1.1 现场场总线技术概概述 到目目前为止

13、，工工业控制自动动化技术经历历了两次革命命。一次是二二十世纪五六六十年代从电电气传动控制制到模拟信号号为主的自动动化仪表系统统；第二次是是二十世纪七七八十年代集集散控制系统统(DCS)的出现。DDCS将计算算机引入到控控制系统，用用分散的IO模板代替替控制室仪表表，将分散的的测量点通过过计算机进行行集中监控。然然而，DCSS系统本身具具有以下不可可克服的问题题： 1一一对一接线，不不仅增加了安安装维护费用用，也降低了了系统的可靠靠性； 2采采用“操作站控制站现场仪表表”三层主从结结构模式，仍仍存在着可靠靠性隐患； 3各各个DCS系系统采用封闭闭的协议不利利于系统的互互操作： 4模模拟信号传递递

14、限制了传输输介质和拓扑扑结构的选择择。现在，工业控制制领域正进行行着第三次革革命基于现场场总线的控制制系统(FCCS)。1.1.1 现场总线系系统的特点 现场场总线是应用用在生产现场场和微机化测测量控制设备备之间实现双双向串行数字字通信的系统统。它在制造造业、工业过过程、交通和和楼宇等自动动化系统中具具有广泛的应应用前景。 现场总总线技术将专专用微处理器器置入传统的的测量控制仪仪表，使它们们各自具有了了数字计算和和数字通信能能力，并且采采用可进行简简单连接的双双绞线作为总总线，把多个个测量控制仪仪表连接成网网络系纠。现现场总线系统统中还采用公公开一致的通通信标准，使使各个厂家设设备可以交互互信

15、息，实现现互操作，这这就是真正意意义的开放系系统。 现场总总线导致传统统控制系统结结构的变革，形形成了新型的的网络集成式式全分布式控控制系统现场总线系系统。与传统统控制技术相相比，现场总总线技术具有有以下鲜明的的特点：1开放式控制制网络开放式式控制网络允允许许多智能能设备之间相相互通信，而而不需加入监监控设备并能能负责整个系系统级的控制制算法。网络络上的设备构构成对等(ppeertoopeer)结构，即每每个设备负责责直接将信息息发布到网络络上的其它设设备，信息由由设备的发送送器以数据包包形式发出，一一个或多个接接收器接收这这些数据包。开开放式的控制制网络如图221所示。2分布式智能能网络已出

16、现现许多年了，除除了大型计算算机系统外，通通常还没有应应用到网络控控制设备，绝绝大多数通信信协议仍被用用来进行计算算机或个人之之间的数据通通信。随着微微处理器价格格不断下降，可可以将微处理理器嵌入到价价格低廉的控控制器和控制制设备。在这这个意义上说说，控制设备备具有通信和和信息处理的的能力(承担担传感测量、补补偿计算、数数据处理和控控制任务)，该该设备亦称为为“智能设备”。3强大的网络络功能在传统统网络中，采采用的通信协协议通常服务务于网络性能能的优化。然然而在控制网网络中，通信信协议主要提提供智能设备备间频繁、可可靠、安全的的通信，设备备间对等的信信息传输。现现场总线技术术采用自由拓拓扑结构

17、，现现场设备自治治，以点对点点通信方式实实现分散基础础上的信息融融合。通过各各种智能网关关、桥接器和和路由器不仅仅实现现场设设备的分段成成组，还可实实现现场控制制系统向信息息系统的集成成。1.1.2 现场总线技技术的发展 现场场总线技术是是计算机技术术、通信技术术和控制技术术的综合与集集成，它的出出现使传统的的自动控制领领域产生了革革命性的变革革，形成了新新型的网络集集成或全分布布控制系统即即现场总线系系统(FCSS)12lll。由于现场场总线适应了了工业控制系系统向分散化化、网络化和和智能化发展展的方向，它它一经产生便便成为全球工工业自动化的的热点，受到到全世界的普普遍关注。 现场场总线自2

18、00世纪80年年代中期问世世，传统的自自动化仪表、集集散控制系统统(DCS)、可编程控控制器(PLLc)的产品品功能结构受受到了挑战22】。自自动化设备的的制造厂家被被迫进行产品品更新换代，出出现了一批集集检测、运算算、控制功能能于一体的变变送控制器，具具有通信功能能的智能化数数字仪表，以以及带有控制制模块和故障障信息的执行行器，大大改改变了现有设设备的维护管管理方式。现现场总线是新新型自动化系系统，又是低低带宽的底层层控制网络，它它可与Inttemet的的企业内部网网相连，沟通通生产过程现现场级设备与与更高控制管管理层之间的的联系，以分分布式的智能能和强大的网网络能力增强强了系统的可可靠性和

19、品质质，代表了工工业自动化的的发展方向。由由于现场总线线担负测量控控制的特殊任任务，具有信信息传输的实实时性、高可可靠性和短帧帧传送，其传传输速率一般般为几KBs至10MMBs之间间。 目前国国际上有几种种现场总线技技术已逐渐形形成其影响，并并在一些特定定的应用领域域显示了自己己的优势。它它们分别为基基金会现场总总线(FouundatiionFieeldbuss，FF)、美美国Echeelon公司司的Lonwworks现现场总线、CCAN(CoontrollAreaNNetworrks)总线线和HARTT(HighhwayAdddresssable RemotteTrannsduceer)总线

20、等等。其中Loonworkks总线以期期支持OSFFRM七层模模型、支持多多种通信媒介介及易于实现现等诸多特征征，受到了广广泛的关注。 现场场总线技术产产品具有很强强的开放性、兼兼容性、可靠靠性和互操作作性，广泛用用于工业过程程、楼宇、家家庭、能源等等自动化领域域。现场总线线技术促使控控制网络与信信息网络的集集成，极大地地改变人们的的生产方式和和生活方式，扩扩大了传统控控制领域的范范畴。20000年3月，EEcheloon公司开始始出售iLLonl0000 Inttemet服服务器，这是是一个突破性性产品，可以以使用在家庭庭、建筑、工工厂和运输系系统中的数以以百计的Loonworkks设备，并

21、并将变成Weeb的一部分分，这便拓宽宽了工业领域域中的基于IIntemeet的市场和和应用。19999年6月月，SUN公公司展示了LLonworrks设备在在Jini网网络作为共享享服务的一幕幕。Jinii的Lonwworks代代替基于LNNS(LonnworkssNetwoork Seerver)网络操作系系统，不需要要另外的软硬硬件和设备驱驱动12引。EEcheloon公司的总总裁兼首席执执行官Kenn Dshmman先生这这样评价Jiini技术与与Lonwoorks网络络的结合：“通过结合，LLonworrks成为JJini服务务提供者；我我们可以想象象，任何一个个设备都能在在任何时间、

22、任任何地点参与与共享其它设设备的服务弘弘4。”国际现场总线技技术的发展虽虽然才有十几几年的时间，但但国外的工业业控制基础较较好，而且各各种总线技术术的标准都是是由他们提出出的。我国近近几年也掀起起了研究和应应用现场总线线技术的热潮潮，中国计算算机协会工控控专委会成立立了Lonwworks控控制网络协作作网，成员已已达40多个个，大型建筑筑业过程控制制系统已逐渐渐推广现场总总线系统。1.2 Loonworkks总线技术术综述Lonworkks是美国EEcheloon公司于990年代初推推出的一种现现场总线技术术，其神经元元芯片同时具具备通信与控控制功能，内内含三个8位位处理器，分分别负责介质质访

23、问控制、网网络处理和应应用处理，这这样一个神经经元芯片加上上收发器就可可以构成一个个现场控制节节点，神经元元芯片也可以以作为通信协协议处理器，用用高性能的主主处理器完成成复杂的测控控功能。Loonworkks技术采用用网络变量，网网络变量对在在同一个网络络中的其他节节点是透明的的，标准网络络变量类型定定义了变量的的单位、数值值、范围和分分辨率，使得得网络通信的的设计简化成成为参数设置置，增加了通通信的可靠性性。Lonwworks技技术改善了CCSMA，对对所有节点根根据网络积压压参数等待随随机时间片来来访问介质，有有效地避免了了网络频繁碰碰撞，即使网网络负载很重重也不会导致致网络瘫痪。LLon

24、worrlcs技术术所使用的LLonTallk协议遵循循ISOOOSI模型，并并提供OSII参考模型所所定义的全部部七层服务，LLon总线采采用专门的网网络收发器，使使其支持不同同介质组合的的网络，这样样用户不但可可以选择任意意形式的网络络拓扑结构，而而且在同一个个网络内部可可以混用双绞绞线、光纤、电电力线、无线线、红外线、同同轴电缆等通通信介质，网网络处理能力力的巨大优势势使其在各个个领域得到日日益广泛的应应用，其通信信协议已被越越来越多的标标准化组织所所采用，并被被接纳为他们们的标准。中中国建筑行业业协会已将LLonworrks定为智智能建筑的主主要推荐技术术，并成立了了智能建筑技技术Lo

25、nwworks协协作网。Loonworkks技术作为为新一代网络络控制技术，以以优良的开放放性、互操作作性、网络适适应性、灵活活的网络拓扑扑以及面向对对象的网络通通信设计等优优点，成为现现场总线技术术和控制领域域的一个最佳佳选择，并成成为小区智能能化建设的最最佳方案之一一。1.3 Loonworkks现场控制制系统的构建建基于Lonwoorks技术术的现场控制制系统由Loonworkks节点和路路由器、Loonworkks协议、LLonworrks收发器器和Lonwworks网网络管理几个个部分构成。1.3.1 Lonwoorks节点点 节点被称称为智能设备备，它包括一一个神经元芯芯片，Lon

26、nTalk收收发器、存储储器、电源和和外围电路。节节点是物理节节点的抽象，应应用设备节点点、路由器、网网络接口卡都都是节点。1.3.2 路由器 路由器是是Lonwoorks技术术的一个主要要组成部分，用用来连接不同同通信介质的的Lonwoorks网络络。在Lonnworkss技术中，路路由器包括以以下几种：中中继器、桥接接器和路由器器。路由器除除连接不同媒媒介的Lonnworkss网络外，还还能控制网络络交通，增加加信息通量和和网络速度。1.3.3 Lonwoorks协议议 Lonnworkss协议称为LLonTallk协议和AANSIEEIA70991控制网网络标准，是是Lonwoorks系

27、统统的灵魂，它它固化于神经经元芯片中，是是直接面向对对象的网络协协议。该协议议提供一系列列通信服务，使使得一个设备备的应用程序序可以在不了了解网络拓扑扑、名称、地地址或其它设设备功能的情情况下发送和和接收网络上上其它设备的的报文。LoonTalkk协议能提供供端到报文确确认，报文认认证、打包业业务和优先传传送服务，提提供网络管理理服务的支持持，并允许远远程网络管理理工具与网络络设备进行交交互。 1LoonTalkk协议特点 1)LoonTalkk协议采用分分级编址方式式，即域、子子网和节点地地址。 2)LoonTalkk协议支持多多种通信介质质，包括双绞绞线、电力线线、同轴电缆缆、无线电和和红

28、外线、光光纤传输介质质等。 3)网络络上任一节点点可以对其它它节点进行操操作，传输控控制信息。 4)响应应时间快，通通信安全可靠靠。 2LoonTalkk协议的功能能LonTaalk协议符符合ISO制制订的开放系系统互联OSSI标准，具具有完备的七七层协议，如如表21所所列。由表中中可以看出，LLonTallk提供的服服务包括：物物理信息管理理；命名机制制、数据包寻寻址和路由选选择：通信的的高可靠性；优先级管理理和外部帧和和数据表示等等。 3LoonTalkk协议标准LLonTallk协议是一一个分层的、基基于数据包的的对等通信协协议，是一个个公认的标准准并遵循OSSI模型分层层规则。为了了确

29、保满足控控制网络的可可靠和鲁棒的的通信标准，LLonTallk协议为控控制应用提供供了一个高可可靠、高性能能、高抗干扰扰性强的通信信机制。 1)物物理层：定义义了在通信信信道上位流的的传输 2)数数据链路层：定义介质访访问方法和确确保有效利用用单一信道的的数据编码。 3)网网络层：定义义了来自源设设备的报文是是如何选择路路由到达一个个或多个目的的的设备。 4)传传输层：确保保可靠的报文文传输。 5)会会话层：对较较低层数据交交换加以控制制。6)表示层：定定义报文数据据的编码。7)应用层：定定义为一种低低层交换数据据的公共语义义解释，使不不同的应用程程序中网络变变量改变时，均均能自动将更更新的网

30、络变变量下传(发发送)或上传传(接收)。应应用层还定义义了一个文件件传输协议，用用来传输应用用程序间的传传输流。4LonTaalk提供的的服务1)物理信道管管理：LonnTalk协协议支持一种种或多种不同同传输介质构构成的网络。这这些传输介质质包括双绞线线、电力线、无无线射频、同同轴电缆和光光纤等。不同同介质的传输输距离、传输输速率、网络络拓扑结构以以及所用的收收发器均不相相同。每个网网络节点连接接到物理信道道上，一个或或多个信道具具有特定频率率的射频，一一条电力线信信道是与交流流电力线相连连的线段。多多条信道由网网桥和路由器器连接，收发发器是神经元元芯片与信道道的接口，信信道的传输率率与传输

31、介质质和收发器有有关。2)LonTaalk协议的的命名机制和和寻址方式：(1)神经元芯芯片命名：神神经芯片具有有一个特有的的48位标识识(Neurron IDD)，NeuuronIDD由芯片生产产厂家惟一确确定，并且终终生不变。由由此，Neuuron IID作为神经经芯片的名字字，可以惟一一区别其他神神经芯片。(2)地址：地地址是一个对对象或一组对对象的特有标标识，与名字字不同，地址址是可以改变变的。LonnTalk地地址唯一地确确定一个LoonTalkk数据包的源源节点或目标标节点，路由由器则利用这这些地址在信信道之间选择择数据包的传传输路径。尽尽管Neurron IDD也可以作为为地址，但

32、它它不能作为寻寻址的唯一方方式，这是因因为该寻址方方式只支持一一对一的传输输，将需要过过于庞大的节节点路由表以以优化网络流流量。仅仅当当网络安装和和配置时，才才使用芯片的的Neuroon ID寻寻址方式。为为了简化路由由选择，LoonTalkk协议定义了了分级的地址址形式：域(Domaiin)、子网网(Subnnet)和节节点Oqodde)地址。除除此之外，还还有组地址。(3)寻址方式式：该方式由由域地址、子子网地址和节节点地址等方方式组成。域地址(Doomain)：域是一个个信道或多个个信道上的节节点的逻辑集集合。一个域域就是一个实实际意义上的的网络，通信信只能在同一一域中配置的的节点之间进

33、进行。域地址址用域标识符符ID来表示示，可以分为为0、1、33或6个字节节。域标识是是唯一的。子网地址(SSubnett)：一个子子网是在同一一域中节点的的逻辑集合。一一个子网最多多可有1277个节点，一一个域最多可可有255个个子网。子网网中的所有节节点必须在同同一信道上，并并且子网不能能跨越智能路路由器。如果果一个节点属属于两个域，该该节点必须属属于每个域中中的一个子网网。节点地址(NNode)：一个子网内内的节点被赋赋予该子网内内的唯一节点点标识码。节节点的标识码码为7位，所所以每个子网网最多可以有有127个节节点，一个域域中最多可以以有255xx127=332385个个节点。组地址(G

34、rroup)：组是一个域域内节点的逻逻辑集合。与与子网不同，组组不需要考虑虑节点的物理理位置。组可可以包括路由由器，一个节节点最多可以以属于15个个组，一个域域最多可以有有256个组组，组地址的的长度为1个个字节。芯片地址(NNeuronn ID)除除了子网席点点地址之外，节节点可以用NNeuronnID寻址。NNeuronn ID为448位长，这这个ID码是是唯一的。寻址格式：节点点有五种寻址址方式。寻址址格式确定了了地址格式的的字节数。每每种寻址格式式的字节数见见表22。注注意，在计算算整个地址长长度时，应在在表22中中给出的地址址长度基础上上再加上域地地址长度(该该域地址长度度范围为0-

35、6个字字节。) 3)网网络管理与网网络设备： (1)网络管理：一个Lonnworkss网络是否需需要一个网络络管理节点，取取决于实际应应用的需求。一一个网络管理理节点具有以以下功能：寻寻找未配置的的节点并下载载网络地址；停止、启动动和复位应用用程序；访问问节点通信统统计；配置路路由器；下载载新的应用程程序；提取运运行网络的拓拓扑结构。在在一个开发环环境中，网络络管理节点的的应用相当于于LonBuuilderr开发平台的的网络管理，其其任务包括定定义、配置、下下载和控制LLonworrks网络。LLonBuiilder协协议分析仪具具有监视、采采集和显示网网络通信流量量以及性能统统计等功能。 (

36、2)路由器：一一个路由器连连接两个信道道并且在信道道间转发数据据包。路由器器可以用中继继器、网桥、学学习路由器、配配置路由器四四个路由算法法之一配置。 4)LLonTallk提供的通通信服务： (1)网络效率：网络的响应应时间、安全全性和可靠性性是相互关联联的。 (2)LonTaalk报文服服务：LonnTalk协协议提供四种种报文服务：确认服务、请请求应答方方式、非确认认重发方式和和非确认方式式，以定义标标准网络变量量类型来实现现应用之间的的兼容。 5)LLonTallk协议中的的定时器：在在使用LonnTalk协协议服务之前前，需正确设设置事务定时时器、重发定定时器、组接接收定时器、非非组

37、接收定时时器、缓冲器器释放定时器器。 6)网网络接口：LLonTallk协议包含含一个可选择择的网络接口口协议，该协协议支持在任任一主处理器器上运行的LLonworrks应用。主主处理器可以以是微处理器器、微控制器器或PC机。主主处理器管理理LonTaalk协议的的第6层和77层，并且使使用LonTTalk网络络接口管理协协议的155层。LonnTalk网网络接口定义义网络接口和和主处理器之之间的数据交交换格式。不不同的网络接接口具有不同同的网络接口口协议。在主主处理器上执执行的应用程程序通过网络络驱动器与网网络接口通信信，网络驱动动器管理缓冲冲器分配，将将来自或发往往网络接口的的数据送入缓缓

38、冲器并且在在网络接口层层协议中屏蔽蔽主机应用的的任何差异。LLonTallk网络驱动动器定义了主主机应用与网网络驱动器之之间的标准报报文格式。 7)数数据表示：LLonTallk协议采用用面向数据的的应用协议。在在这种方式下下，节点间以以标准工程单单位或其它预预定义的单位位交换诸如温温度、压力、状状态和文字串串等应用数据据，而命令语语句封装在接接收节点的应应用程序中并并且不是将命命令在网上传传送。以这种种方式，同一一工程量可送送到多个节点点，然而每个个节点对该数数据有不同的的应用程序。“数据表示”由基于芯片节点的芯片固件完成；在基于主机的节点中，“数据表示”由主处理器完成。 (1)网络变量：网

39、络变量是是LonTaalk协议中中表示层的数数据项，网络络变量可以是是数据项或是是一个结构，网网络变量用关关键字Nettwork定定义。每个网网络变量由应应用程序表明明其数据类型型。对于基于于芯片的节点点来说，当在在一个应用程程序中通过赋赋值操作引起起了输出网络络变量的变化化，神经芯片片固件自动地地用LonTTalk协议议服务在网络络上传播其更更新的值。(2)显示报文文：将报文的的目的地址、报报文服务方式式、数据长度度和数据组成成APDU(应用层数据据单元)下传传并发送，将将发送结果上上传并激活相相应的发送结结果处理进程程。当收到信信息时，能根根据上传APPDU判断是是否显示报文文，并根据报报

40、文代码激活活相应的处理理进程。1.3.4 Lonwoorks收发发器 每个网网络设备包括括一个收发器器，收发器提提供一个Loonworkks设备与网网络的物理通通信接口。收收发器简化了了可互操作的的网络设备的的开发，这可可适用于不同同的通信介质质和网络拓扑扑。在任给给定的设备中中，设备所使使用的收发器器类型是很重重要的。这是是因为具有相相同类型收发发器的设备在在网络上可以以直接通信，具具有不同收发发器类型的设设备必须通过过路由器才能能实现互操作作。 Echhelon公公司提供双绞绞线收发器和和电力线收发发器，而其它它公司提供用用于无线电、光光纤和其它介介质的收发器器。 1双双绞线收发器器双绞线

41、收发发器是一种最最通用的类型型，许多设计计方案中都会会使用它。配配置双绞线收收发器可满足足性价比要求求。双绞线收收发器与Neeuron芯芯片的接口有有三种基本类类型：EIAA-485、直直接驱动和变变压器耦合。 1)EEIA-4885：通常市市售的EIAA485收收发器与其他他的收发器相相比，在成本本、性能、体体积等方面有有更多的优势势。在元器件件参数不变的的情况下，能能支持多种数数据传输速率率(最高达1125Mbbs)以及及多种通信介介质。EIAA485收收发器通用模模式的电压范范围比直接驱驱动收发器更更宽，但比变变压器耦合收收发器稍窄。公公共电压范围围为7112V，但通通过使用光电电隔离器

42、可提提高电压范围围。 2)直直接驱动：直直接驱动接口口使用Neuuron芯片片的内部收发发器，并配有有外接电阻、限限流二极管和和ESD保护护装置。如果果网络上的节节点数不超过过64个，且且各节点使用用普通电源供供电，电路板板所支持的数数据传输速率率最高不超过过125MMbs，网网络配置选择择直接驱动接接口是较为理理想的引。在在这种模式下下，一般的电电压范围限制制在O9VV-VDDD1775V。 3)变压压器耦合：变变压器耦合接接口适用于需需要高性能、高高隔离度和高高抗干扰能力力的应用场合合。变压器耦耦合收发器的的通信速率最最高可达125Mbs。由于有有不同类型的的变压器，开开发者可开发发适合自

43、己的的2线制或44线制的变压压器耦合电路路。 2. 电电力线收发器器强噪声环境境和接线范围围的限制使电电力线收发器器的应用更加加复杂。Ecchelonn公司提供一一组符合北美美和欧洲标准准的收发器系系列产品，其其工作性能非非常好。当NNeuronn芯片与电力力线收发器接接口时，Neeuron芯芯片的通信端端口应设置为为专用模式，此此时的最高数数据传输速率率为10Kbbs。 3无线线射频收发器器符合Lonnworkss技术的无线线射频收发器器RF可用于于许多场合，它它有不同的频频率范围可供供选择。在低低成本、低发发射功率的场场合，可使用用单一频率(350MHHz)的收发发器。对于需需要高发射功功

44、率的应用场场合，Mottorolaa公司提供有有相应的无线线射频收发器器产品，可工工作在4500MHz的频频率范围内1130】。与与无线射频收收发器接口时时，Neurron芯片的的通信端口应应设置为单端端工作模式，此此时能达到的的最大数据传传输速率为44800Bdd(波特)。1.4 Loonworkks网络管理理Lonworkks技术包括括设计、使用用和支持LOON网络所需需的全部工具具，主要有：神经元芯片片NeuroonChipp、神经元芯芯片编程语言言Neuroon C、网网络通信协议议LonTaalk、网络络接口、网络络路由器Roouter、网网络收发器TTranscceiverr和网络

45、开发发工具LonnBuildder(或NNodeBuuider)。这些组成成Lonwoorl(s的的基本要素为为LON网络络的设计提供供了一个完整整的开发环境境。FCS系系统的设计者者可以利用这这些平台设计计LON网络络中的节点并并安装网络。网网络中采用NNeuronn芯片的智能能节点(可能能是传感器、变变送器、执行行机构或其他他测控设备)之间遵循LLonTallk局部操作作网络通信协协议，这种遵遵循LonTTaik协议议的局部操作作网络就称为为Lonwoorks控制制网络系统，其其结构如图22-3所示。目前对Lonwworks系系统的网络管管理有两种途途径，一种是是适用Vissual CCo

46、ntrool进行网络络管理，这种种方法的优点点是网络结构构形象逼真，它它可以将整个个网络系统以以树型的方式式展现在用户户面前，用户户可以方便地地增、删节点点和结构分支支，并可方便便地查看各个个节点中网络络变量的数值值与状态。其其缺点是网络络较庞大、价价格也较昂贵贵。因为网络络系统只是其其中的一部分分功能，故实实际现场中单单作为网络管管理有些不经经济，由于软软件本身的问问题，网络管管理系统的故故障率较高，有有待进一步改改进。另一种是使用LLonMakker网络管管理软件，它它具有小巧、实实用的特点。缺缺点是系统运运行在DOSS方式下，界界面不太直观观，但在现场场管理上比较较经济实用，软软件所占空

47、间间小且价格便便宜。LonnMakerr是美国Ecchelonn公司为其现现场总线Loonworkks配套开发发的网络管理理组态软件，它它可以通过对对节点内和节节点间网络变变量的实时连连接，在线完完成控制系统统的组态，这这使人们可以以在线重新调调整组织控制制系统，并可可实时修改网网络变量的数数值与状态，以以便技术人员员进行现场调调试及测试。：系统电路设计计智能家居是智能能化住宅的重重要组成部分分，它利用家家庭总线系统统来进行各种种信息的传送送，将家庭内内的各种信息息通信设备连连接到总线式式的传输线上上。在加强各各设备之间相相互有机联系系的同时，可可同社会信息息网的种种功功能融合起来来，成为社会

48、会网络的一部部分，做到在在任何地方或或任何时候都都可以随意地地查询或索取取家庭内外的的各种信息。2.1 智能能家居系统结结构 LoonWorkks技术的应应用给家庭住住宅智能化带带来了全新的的解决方案。采采用LonWWorks网网络使得从封封闭的依赖于于单个厂商的的控制系统到到完全可以互互操作的智能能家居控制系系统的转变成成为现实，可可以以LonnWorkss技术为依托托开发与LoonWorkks兼容的通通用智能控制制节点，各种种专用节点以以及各种智能能传感器执行行器搭建新一一代的智能家家居控制网络络。本智能家居是基基于LonWWorks技技术构成的，它它既可完成电电表、煤气表表、冷热水表表等

49、数据的采采集、传输，又又可通过红外外、气漏等传传感器进行安安全报警。通通过LonWWorks节节点的DO口口，还可以实实现对家电、照照明等设备的的控制，对室室内的温度、湿湿度进行检测测。智能家庭庭控制系统其其拓扑结构如如图31所所示。从上图可以发现现整个系统是是由3层网络络构成：1)第l层是IIO设备层层，包括了门门磁、窗磁、紧紧急按钮、探探测器、各种种模拟家电。主主要是现场的的执行装置和和传感器2)第2层为控控制器层，即即Lon节点点，主要负责责数据采集和和控制3)第3层是计计算机层，主主要是PC计计算机，主要要是数据传送送和显示图331中LoonWorkks控制模块块(即Lonn节点)集成

50、成了个神经经芯片、通信信收发器、存存储器和晶振振。Lon节节点仅需添加加一个电源、外外围电路接口口和在神经芯芯片上运行的的应用程序就就可以构成一一个完整的节节点。家庭PPc机插入LLon网卡才才能与Lonn节点进行相相互通信。AAD转换器器和DA转转换器可以分分别接传感器器和执行器，属属于数据采集集部分。Loonworkks节点可以以采用以神经经元芯片为核核心的方式，也也可以采用神神经元芯片加加主处理器的的方式。1采用以神经经元芯片为核核心的Lonnworkss节点(基于于芯片的节点点)神经元芯芯片是一组复复杂的VLSSI器件，一一个神经元芯芯片包括应用用CPU、IIO处理单单元和通信处处理器

51、。因此此，一个神经经元芯片加上上收发器就可可构成一个典典型的现场节节点，负责现现场设备的通通信和简单数数据处理任务务。图322a)为基于于芯片的节点点结构框图。2采用神经元元芯片加主处处理器的Loonworkks节点(基基于主机的节节点)神经元元芯片是8位位总线，最高高主频为lOOlVlHzz。对于一些些复杂的控制制，如带有PPID算法的的单网路、多多回路，其控控制就力不从从心。而采用用Host Base结结构是解决这这一矛盾的好好方法：将神神经元芯片作作为通信处理理器，用高级级主机的资源源完成复杂的的测控功能。图图3-2b)为一个典型型的基于主机机的节点结构构图。其中主主处理器可以以是微控制

52、器器或PC机等等。如图所示，基于于芯片的节点点结构简单，成成本低，但完完成的功能有有限：基于主主机的节点，结结构复杂，成成本较高，能能实现强大功功能。智能家家居网络系统统中，对于电电灯，仪表，开开关等仅需简简单输入输出出功能的设备备主要使用基基于Neurron芯片的的节点设计方方法。而对于于电饭煲、空空调、冰箱，洗洗衣机等复杂杂家电的控制制，主要使用用基于主机的的节点设计方方案。本课题题旨在研究对对于复杂的智智能家居节点点的控制，因因此采用了基基于主机的节节点设计方法法。此处的主主处理器本文文将采用ATTMEL公司司生产的ATT89S511单片机。2.2 智能能家居节点的的硬件设计本设计在节点

53、设设计过程中，恰恰逢淮安信息息职业技术学学院智能实验验室动工，按按照实验室对对智能家居系系统的要求，论论文设计的节节点相对于智智能家居节点点所实现的功功能略微简单单，但设计原原理及方案相相同，根据LLonWorrks总线技技术具有开放放性这一显著著特点，可在在设计的智能能家居节点上上扩展不同的的外部设备，以以实现更多的的功能。2.2.1 智能家居节节点的总体结结构图智能家居的节点点结构框图如如图3-3所所示，神经元元芯片MC33150是智智能家居节点点的通信控制制部分，通过过它可以与住住宅小区其它它的节点进行行通信联络，物物业管理中心心也是通过它它向各个家庭庭安防节点传传达控制命令令的。图中单

54、单片机AT889S51是是家居节点的的中心控制部部分，整个单单片机及其它它与其相连的的设备均一起起作为神经元元芯片的输入入输出设备，其其实这一部分分也具有相对对立的功能：如果神经元元芯片与LoonWorkks总线断开开时，那么整整个安防节点点仍具有防盗盗报警等功能能，这时的控控制完全由AAT89S551来完成。所所以该系统的的可扩展升级级性很强，能能满足不同用用户的需求。图图中的开关量量输A输输出及模拟量量输入输出出用来采集各各种报警信号号和完成ATT89S511下达的控制制命令。2.2.2 神经元芯片片与AT899S51的接接口 LoonWorkks技术的核核心是神经元元芯片，神经经元芯片使

55、用用CMOs VLSI技技术，允许运运行价格低廉廉的控制网纠纠36J。神神经元芯片主主要包括MCCl431550和MCll431200两大系列，33150芯片片支持外部存存储器，可进进行软件的扩扩展，适用于于大型复杂系系统；31220本身为一一完整的最小小系统，它支支持小型应用用程序，适用用于简单的低低成本系统。 两种神神经元芯片的的存储器配置置是不同的，33120不可可外接E2PPROM，而而3150则则可以，因此此它有外部数数据线和地址址线及少量控控制线的引脚脚。在两种芯芯片的E2PPROM中存存储有网络配配置、编址信信息以及神经经元芯片的唯唯一48位标标识符Neuuron IID(由生产

56、产厂商写入)，另外还有有用户应用程程序代码和只只读数据。在在两种芯片的的静态RAMM中(2K和和1K)，设设有数据堆栈栈，存储有应应用程序和系系统数据，并并开辟有LoonTalkk协议中的网网络缓冲区和和应用缓冲区区p7|。 31550系列可以以扩展外部内内存空间(有有地址线A00-AA15)，而而3120系系列则只有片片内固定的内内存空间(无无地址线)。由由于31500系列为用户户留下了更为为广阔的创造造空间，能够够满足用户写写入更周全和和复杂的控制制逻辑，具有有更广泛的用用户群。 在本论论文所设计的的家居节点中中，我们所选选的芯片也是是3150芯芯片。家居节节点采用单片片机AT899S51

57、作为为主处理器，与与Neuroon芯片接成成并行IOO对象的操作作模式。Neeuron芯芯片的并行IIO对象允允许以最高为为33Mbbps的速率率双向传输数数据。并行mm对象的物理理接12通过过Neuroon芯片的111个IOO引脚完成。应应用在并行IIO状态下下的Neurron芯片不不再能有其它它的IO对对象来处理物物理接El，NNeuronn芯片固件还还可实现令牌牌传递和握手手协议来实现现同步和防止止总线竞争【3381。为增增加设计的灵灵活性，Neeuron芯芯片提供几种种并行IOO对象的操作作模式：主模模式，从A模模式和从B模模式。每种模式的不同同属性用于不不同的功能：(1)主模式是是并

58、行IOO对象的智能能模式。在这这种模式下NNeuronn芯片控制它它自己和它的的从处理器之之间的握手协协议。(2)在从A模模式中，Neeuron芯芯片是在主处处理器的控制制下工作的。(3)从B模式式的操作逻辑辑与从A模式式相同，但在在握手过程和和数据总线控控制方面进行行了特别的设设计以适用于于微处理器总总线环境，NNeuronn芯片对主处处理器来说是是作为一个内内存映像的IIO设备。这这在其它微处处理器或微控控制器与Neeuron芯芯片的应用接接口和在同一一个数据总线线上有多个从从处理器时是是非常有用的的。本节点中Neuuron芯片片与单片机的的连接采用从从A模式，其其接口电路如如图3-4所所

59、示。由于神神经元芯片33150的握握手信号HSS是集电极开开路的，因此此需要接上一一个10k2的上拉电电阻。在sllaveA模模式中，神经经元芯片31150是在主主处理器的控控制下工作的的，对主处理理器来说，神神经元芯片33150是含含8个数据位位和3个控制制位的并行IIO设备。单单片机的P00口与神经元元芯片31550的1000107相相连作为8位位数据总线，PP13与神神经元芯片33150的II010相相连接作为握握手信号端，PP35与II08相连连作为CS信信号选通端，PP14与神神经元芯片II09相连连进行读写控控制。HS信信号由神经元元芯片31550的内部同同件控制，当当HS为高电电

60、平时，表示示神经元芯片片3150正正在读写数据据、处于忙状状态，当HSS为低电平时时，表示神经经元芯片31150数据处处理完毕，可可以进行下一一次通信了。在在总线上主处处理器和从处处理器之间不不断交换一个个虚拟的写令令牌，令牌的的拥有者有写写数据、或传传递令牌的权权力。主处理理器写数据时时，如果ATT89S5ll单片机判断断到HS信号号为低时，则则在岱信号的的下降沿将数数据写入数据据总线，在圆圆信号的上升升沿数据被神神经元芯片33150的输输入缓冲区截截取，同时导导致HS端变变为高电平，当当数据读取结结束时，HSS被置低，等等待下次通信信。需要注意的是，为为了实现单片片机芯片和NNeuronn