基于LonWorks和Internet的智能家居解决方案

基于 LonWorks和 Internet的智能家居解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 刘运基 单洪 陈东华 【摘要】本文简要介绍了采用 LonWorks控制网络技术，开发家庭智能控制网络的各种应用设 备，并通过 Web服务器连接互联网，对住宅实现远程自动化监控的应用实例。 【 ABSTRACT】 A sample solution and implementation of a LonWorks based remote monitoring and control home network through web server over the Internet is introduced in the article. 一、 概述 住宅社区数字化应用正朝着网络化和集成化的方向发展。住宅社区各种设备和装置的自动化 监控是现代化社区的重要标志之一。如何实现一个控制灵活、高效率、价格低廉的自动远程网上 监视和控制系统是广大家居自动化监控系统设计者的主要研究课题之一。随着 Internet技术的快 速发展，对住宅内各种设备的网上远程监控是广大住宅用户的必然要求。 Internet 的出现不仅实现了信息共享，而且消除了传统通信方式的障碍。通过 Internet 和 WWW，人们能够更加便利地相互交流，传递信息。 随着 Internet 的发展又出现了“网络电器”的概念。“网络电器”体积较小、具有特定的功 能，通过有关接口与 Internet 连接，完成特定的功能，如: 照明系统、厨房电器、TV 机顶盒、 空调器、安全系统、防火报警系统等，它们被看作是 Internet的客户端。 人们能想到的实现“网络电器”最简便的方法之一，是给这些智能设备分别分配一个 IP地址， 通过一个小型化嵌入式的 Web服务器与之相连，用户使用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 浏览器，如 IE，可以远程监控这些 智能设备。但在实际中实现，这种实现方法有许多限制。首先，Internet技术设计的出发点并不 是要与这些小的嵌入式智能设备相连，TCP/IP协议主要是为数据网络设计的，传送比较大的文件， 响应时间较慢，难以满足控制的实时性要求。如果每一个控制设备都包含有 TCP/IP协议栈，在技 术和经济上都是不现实的；其次，这些小的控制设备自身还具有一定的特性，与 PC机还是有许多 不同之处。如果在这些设备上运行 TCP/IP协议就需要额外的内存空间和花费。 实现“网络电器”的另一种方法，是通过改造现有的 RTOS（实现操作系统），提供 TCP/IP协 议栈，使 RTOS具有 Web功能。但是仍然需要将这些分散的小的智能控制设备连接起来，使这些独 立分散的控制设备具有互操作性。采用传统的集中式控制方法，显然不够灵活，不便于设备的增 减；花费高，需要采用专线连接；缺乏统一连接标准，通信协议不标准，不同设备的互通性差。 - 1 - 不能满足市场不断更新的需求。 所以，要实现真正的家居智能化和远程控制就需要一个全新的解决方案―一个完整的控制网 络平台，这样一个控制网络不仅仅应提供家居设备间相互通信的协议，而且还应具有以下特点： 1. 在设备层和系统层都具有互操作性。集成、安装和维护费用较低； 2. 具有网络操作系统，为安装、配置和监控网络提供统一的平台； 3. 与 IP网络的无缝集成，利用现成的 LAN构架实现人机之间真正意义上的端到端连接； 4. 容易使用的程序开发环境； 5. 提供系统的基础构件，系统便于灵活升级和扩充； 6. 硬件成本低。 采用 LonWorks 技术设计和实现的家居自动化控制系统可以在很大程度上满足系统的这些基 本要求。 二、 采用 LonWorks的优势 LonWorks技术是美国 Echelon公司九十年代初期推出的一种网络化控制技术。其网络节点以 神经元控制通信芯片（Neuron Chip）为核心，通过与 OSI七层参考模型兼容的 LonTalk协议组成 分布式智能控制网络。应用程序使用高级语言编程，以固件的形式插入节点中，并且使用事件驱 动方式运行，从而实现了真正的分布式控制网络。 LonWorks技术体现了控制网络技术发展的最新趋势，由于它对控制领域各种不同应用的适应 性，它的无中心真正分布式控制模式，其开放性、互操作性，以及它被工业界的广泛接受，成为 控制网络的实际主流标准，使得基于 LonWorks平台开发适用于各种应用领域的控制系统成为控制 领域一个具有广阔前景的崭新课题。 自 90年代初美国 Echelon公司开发出第一片 Neuron芯片以来，LonWorks 控制网络技术已经 渗透到了控制领域的每一个角落。在摆脱中心控制系统和独享控制方案的队伍中，LonWorks控制 网络技术走在最前列。作为一项革命性的控制系统，LonWorks控制网络技术以其开放性、灵活性、 低成本、开发迅速的特点可以满足各种现场总线、设备总线、传感器总线和其他网络的要求，在 楼宇自动化、工业自动化和家庭自动化等方面取得了令人瞩目的成绩。1999年，美国国家标准化 学会（ANSI）将 LonTalk协议采纳为控制网络通信协议的标准，即 ANSI/EIA-709.1，许多国家也 相继把 EIA-709.1作为参照标准，使得 LonWorks进入了一个新的发展阶段。 采用采用 LonWorks控制网络作为住宅社区控制网络基础架构，有如下的好处： - 2 - 1. 使网络结构简单、布线容易、工程 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 方便、节省工程安装费用。 2. 可灵活选择双绞线、电力线或其它通信媒体，在许多场合可以避免重新布线。 3. 容易与其他监控系统，如：社区设备和设施监控系统、电子巡更系统、防盗报警系统、火 灾报警系统等互联，实现系统总集成，使各系统之间按要求实现联动和信息共享。 4. 容易与社区管理微机局域网络实现联网和信息共享。 5. 通过 Internet 实现远程管理和监控，有助于全局的集中管理，包括设备的远程监测、远程 控制和远程诊断。 6. LonWorks的互操作性保证总体规划和分步实施能顺利实现。系统设计和实施的各个阶段采 用统一的平台，统一的协议，统一的工具，而分步实施过程中的各个系统设备可以根据市场情况 及性能价格比灵活选择。 7. 家居安防、设备监控与社区设备、设施的监控可以采用同一控制网络平台，有利于系统的 实施、管理和维护。 8. LonWorks的通信协议即 LonTalk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。其开放性和可互操作性保证了住宅社区数字化应用系统的标准化、可持续发展 和建设，以保证业主的长期利益。 三、总体设计 本文介绍的智能家居自动化网上远程控制系统的设计原则是，以 LonWorks为技术支撑，以分 布控制、集中管理为控制模式，实现一个组态灵活、高效率和价格相对低廉的远程网上自动化控 制系统。系统中各节点完成自治的控制功能，通信媒体采用双绞线、电力线相结合的方式。每个 家庭可以独立对家居设备进行配置，并可随时通过 Internet使用电脑进行住宅设备的组态控制和 集中管理。 实现该系统的总体结构示意图如图 1所示。 主控节点主要 用于系统中各节点 的功能配置并提供 相应的监视接口，同 时 还 要 提 供 到 Internet 的通信通 LonWorks 电力线/双绞线 主控节点 MASTER 门禁节点 SLAVE1 温控节点 SLAVE2 安全节点 SLAVE3 Internet 图 1 住宅自动化系统总体结构 - 3 - 道；门禁节点主要用于对住宅内的各种门进行控制；温控节点主要实现对室内温度的控制；安全 节点完成对火警、匪警信息的检测并根据不同情况实施报警。其它专用和通用的 LonMark 智能节 点和智能设备，均可通过标准的配置方法接入系统中。 四、 硬件节点设计 RJ-45 串行口 Internet 红外 图 2 主控节点组成 键盘/显示模块 TINI CommPortServer LonWorks 收发器 FLASH 3150 4.1 主控节点 为实现主控节点的功能，节 点 内 应 包 含 主 控 模 块 、 LonWorks收发器、Internet通 信模块和键盘/LCD 显示模块 等。其组成形式如图 2所示。 主控模块由中央处理器 3150（或 FT 3150智能收发器）和程序存储器 FLASH组成，完成整个 节点的控制；LonWorks收发器实现到 LonWorks网络的通信接口；键盘/显示模块完成各 SLAVE节 点的功能配置，并提供相应的监控界面, 键盘/显示模块与节点间使用红外线接口通信；Internet 通信模块实现到 Internet的接口，为整个系统的功能配置和监控提供更方便的手段。该模块使用 TINI组件实现节点到 Internet的连接， 中央控制器使用串行接口与 TINI 组件通 信，而 TINI 组件提供 RJ-45 接口连入 Internet。具体的使用方法是采用客户机 /服务器模式，连入 Internet的主机作为 客户机通过 Internet对连入 TINI组件的 串行口（服务器）进行操作。通过适当的 软件控制，连入 Internet的主机可以使用标准的 Web浏览器等客户端工具实现对系统的监控。 LonWorks 收发器 FLASH 3150 数字输出模块 数字输入模块 图 3 门禁节点组成 4.2 门禁节点 3150 温度控制模块 温度检测模块 LonWorks 收发器 FLASH 门禁节点完成门的开关检测、控制功 能。主要包括主控模块、LonWorks 收发 器、数字输入模块和数字输出模块等。如 图 3所示。 数字输入模块完成门的开关检测，一 图 4 温控节点组成 - 4 - 般每个门提供一路数字量输入；数字输出模块完成门的开关控制，为每个门提供一路数字量输出。 4.3 温控节点 温控节点完成住宅内各房间的温度控制。其主要包括主控模块、LonWorks 收发器、温度检测 模块、温度控制模块等。如图 4所示。 温度检测模块提供 8路模拟量的温度检测，即每个温控节点可完成住宅内 8个测温点的检测； 温度控制模块要提供 8 路数字量输出，实现冷热进风量的控制调节。为了能更好地控制住宅内各 房间的温度，可根据需要系统内可配置多个温控节点。 4.5 安全节点 报警电话呼叫模块 铃声控制模块 报警检测模块 LonWorks 收发器 FLASH 3150 安全节点完成各种报警信号的 检测，并根据各种情况提供各种报 警信号，报警信号包括铃声报警和 报警电话呼叫等。该节点主要包括 主控模块、LonWorks 收发器、报警 信号检测模块和报警装置驱动模 块。如图 5所示。 图 5 安全节点组成 报警检测模块用于检测报警信号，共提供 8 路数字量输入，即提供 8 个报警检查接口；铃声 控制模块提供一路数字量输出，用于控制警铃的开关；报警电话呼叫模块根据报警检测信号提供 报警电话 110、119等电话的呼叫。 4.6 路由器/网桥设计 路由器/网桥的主要功 能是完成电力线通信媒体与 双绞线通信媒体间的信息传 递和速率适配。在住宅内信 息的传递一般可以使用电力 线作为通信媒体，但是在现 代住宅中，大多采用多路供 电，在这种情况下须使用电 力线到电力线的网桥来实现 多路供电系统间的互联，从而使得电力线作为通信媒体比较困难，并造成系统成本的大幅度提高。 同时电力线通信中，通信收发器价格较高，若大量使用电力线作为通信媒体，必然会增加系统的 路由器/网桥核心模块 双绞线电力线 RAM RAM FLASH FLASH 3150 3150 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图 6 路由器/网桥节点的结构 - 5 - 造价。所以，在系统中采用了电力线、双绞线相结合的通信方案，使得系统成本可以控制在一个 合理的范围内。在这样的系统内，不同通信媒体的联接处必须使用路由器/网桥来实现信息在不同 媒体间的传递，同时由于两种通信媒体的通信速率不一致，路由器/网桥还必须实现速率的适配功 能。 在 LonWorks网络中，路由器/网桥的实现一般是采用两个中央处理器 3150和两种通信收发器 来实现。路由器/网桥内部的通信直接使用中央处理器的并行接口来实现，具体的实现可以使用 ECHELON公司提供的路由器/网桥核心部件来完成。 路由器/网桥的实现如图 6所示。 路由器/网桥只在电力线和双绞线的联 接处使用，其中的核心模块使用 ECHELON公司的 RTR-10来实现。 接收一条来自Internet的命令 是控制命令吗？ 向主控3150发控制 命令 向主控3150发状态 查询命令 接收3150确认信息 等待3150回应 接收3150应答 应答信息发往Internet 是 否 图 7 Web服务器软件 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 五、软件设计 本系统中的软件包括在 TINI 模块 中的 Web 服务器、主控节点中的 3150 控制软件和实现住宅内各种设备监控 的节点软件等。 5.1 Web服务器软件 Web服务器软件提供Internet网络的浏览服务。该软件由TINI模块执行，主要实现与Internet 网络的通信、与主控节点中的 3150 通信以及各种 Web 浏览必须的各种功能。软件流程图如图 7 所示。 5.2 主控节点程序 接收来自TINI的命令 是控制命令吗？ 向指定节点发控制 命令 读取指定节点的某 一状态信息 向TINI发确认信息 向TINI发回状态信息 是 否 图 8 主控节点程序框图 主控节点程序主要接收并执行 TINI 模块 或键盘/LCD 发来的监视、控制或设置命令。 主要包括通信模块、读取各节点的当前状态和 向各节点发布控制命令等。软件功能框图如图 8所示。 5.3 各节点软件 各节点中的软件主要实现住宅设备状态的监视和控制命令的执行等功能。由于各节点的功能 不同，软件设计和实现方法也略有差异，所以节点内的软件应根据节点的具体功能来实现。 - 6 - - 7 - 六、 结束语 网络时代的技术革命为住宅社区数字化建设提出了新的问题和挑战。住宅社区数字化不可避 免地要面临网络化这样一个新的课题。这就是设备控制网（Infranet）、社区微机局域网（Intranet） 和国际互联网（Internet）的三网的一体化。其基础是住宅和社区设备的控制网络。住宅设备的 自动远程网络控制是自动化住宅的一个发展方向。本文给出了实现该功能的一个实际解决方案。 系统的应用进一步扩展了 LonWorks技术的应用范围，充分发挥了 LonWorks技术的网络控制功能， 并通过简单的 Web服务器模块实现了住宅设备的 Internet监控。我们相信，该系统实现的模式， 即在家庭住宅设备一级采用标准的控制网络平台，通过 web 服务器（或家庭网关）与社区局域网 连接，实现通过互联网的远程设备监控管理，在建筑及住宅社区的数字化系统中具有非常广阔的 应用前景。 参考文献： 1. Douglas E. Comer, Internetworking With TCP/IP, Prentice Hall Press, 1996 2. 马忠梅等，单片机的 C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，1999 3. 单洪，局部操作网技术及其应用，电子学会首届青年学术会议，1995.10 4. 刘运基，建筑与社区数字化应用中的开放系统 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，《2003 版全国住宅生态·智能化应用状 况蓝皮书》 注：联系作者： 单位：广州威世达控制网络有限公司 地址：广州市中山大道 89号天河软件园华景园区石牌科工贸大厦 9楼 电话：020-85566161 E-Mail: vstar@vstar.com.cn 【ABSTRACT】 A sample solution and implementation o