現場總線技術在智能住宅中的應用

    0引言
 
    智能住宅小區是在建筑科學的基礎上，根據以人為本的原則，綜合運用計算機，自動控制、網絡與通信等現代科技，由綜合物業管理系統、信息通信服務系統、安全防范系統和家庭自動化系統組成的住宅小區服務與管理集成系統，其結構如圖１所示。
 

圖1智能化住宅小區的功能結構圖

   1 智能小區的控制網

    智能住宅小區各種數據采集和控制功能，如安防報警、自動抄表和家電控制等可以采用不同的子系統來分別實現，也可以通過網絡集成化統一實現。前者的效率低，布線復雜，投資、安裝和運行費用高，而且功能單一，用戶對自己家庭內的智能化功能選擇余地小。而應用網絡化控制技術，就可以經濟便利地實現智能化住宅的所有功能。

    LonWorks現場總線是由Echelon公司推出的一種先進的開放式網絡化控制技術，其結構簡單，布線容易，易于擴容和增加新功能。對于用戶各種不同的功能要求，只需選用不同的控制節點，利用其開發平臺，編寫相應的程序，連接到控制網上即可完成。 LonWorks是目前智能樓宇和住宅小區等集散型監控系統中廣泛應用的一種現場總線技術。 

    2 LonWorks技術簡介

    LonWorks支持多種傳輸介質和網絡拓普結構，在使用雙絞線的總線式結構時，可達到78kbps/2700m。其通信協議LonTalk采用ISO/OSI模型的全部七層結構，是直接面向對象的網絡協議。各智能節點的數據傳遞在神經元芯片等硬件和網絡的支持下，以網絡變量的形式連接。按照  LonWorks 的標準網絡變量來定義的數據結構，可以解決和不同廠家產品的互操作性問題。目前已有上千家公司推出LonWorks產品。

    在LonWorks網絡中，一個智能控制器及其傳感器和執行器構成一個節點，它可連接各種I/O設備，如火災報警的煙感探頭、四表輸出、家電開關等。 LonWorks 關閉都不影響其它住戶節點的正常運行，從而提高了系統的穩定度。且網絡節點之間使用邏輯連接，使得系統中節點的增加、修改都很容易，便于系統調整和擴充升級。節點的核心是神經元芯片（neuron chip)，它是通信處理、數據采集和控制的通用處理器，它通過運行芯片上的neuron C應用程序來完成數據的采集、控制和網絡操作的。 

圖2 為智能節點及其神經元芯片的結構框圖

    3 LonWorks技術在智能小區中的應用實例

    圖3是一個LonWorks技術在某智能小區中的應用實例，系統中主干網采用總線式結構，各子網均采用環形總線結構，使用FTT-10收發器，以雙絞線作為傳輸介質。每個子網都通過一個相應路由器連接到主干網上，每個子網從各自的路由器垂直連接同一樓門內各住戶的所有節點，由于采用了環形結構，可以有效地克服網絡斷線故障帶來的影響。本例中，各住戶可實現住宅防盜監控、煤氣泄漏監控、緊急求助報警，以及水表、電表、煤氣表和暖氣表的遠程抄表計量等功能。小區內的各種監測信號經過各節點的計算和轉換，通過LonWorks網絡送到小區物業中心的監控計算機，通過FIX組態軟件對動態數據庫中數據的處理，生成數據文件并實時顯示，對報警信號還可以進行多媒體的聲光報警。FIX編寫的程序還可以對控制箱的拆卸、斷電和故障做出判斷并報警。

圖3 智能小區LonWorks控制網的結構圖

    每個住戶均安裝有一個12路I/O的LonWorks的智能節點模塊，如圖4所示。模塊內的程序隨時監測各輸入口的狀態變化，經過判斷和運算，將各種信息以網絡變量的形式上傳，并對報警信息就地發出報警或控制信號。

圖4節點智能模塊的接線

    I/O₀為防侵入信息的輸入口，當模塊檢測到探測器處于報警狀態時，通過I/O₁輸出口啟動被侵入警號，同時將相應的報警信號以網絡變量的形式發送到網絡上，小區監控中心，收到該數據后進行相應的報警并顯示報警位置，通知小區警衛巡查。I/O₂輸入口和大門外的密碼鍵盤相連，每次鍵入口令后，密碼鍵盤都通過I/O₂向節點模塊傳一組串行數據，通過對數據的比較，以確定住戶對室內監控的布防或撤防，或者是主人的被劫持密碼，該密碼即能對系統撤防，同時又能向監控中心發出劫持報警。輸入口I/O₃與各房間的緊急求助按鈕相連，任一按鈕按下都能發出報警求助信號。 

    在廚房內安裝有煤氣探測器和自動關斷器，煤氣泄漏探測器的信號通過! I/O₄輸入，輸出口! I/O₅可實現發聲報警并啟動關斷器自動切斷煤氣源，節點模塊同時向監控中心發出煤氣泄漏報警。

    小區自動遠程抄表系統使用具有電子輸出的水表、電表、煤氣表和暖氣表，各表的流量值可通過累計其輸出的脈沖數即可，即q=∑L；而暖氣表則需要再統計一個溫差值以進行熱值計算，即q=∑(L．△T)。上述輸入量分別接在節點模塊的I/O₆~I/O₁₀，經過智能節點的計算所得的計量值，以網絡變量的形式發送到網絡上。管理監控中心的計算機通過LonWorks網絡讀取各的數據，實現遠程自動抄表，計算費用并將信息送入小區信息服務平臺，住戶可隨時根據自設的密碼進行網上查詢，如圖5所示。 

圖5信息數據流程圖

    以上各種監測和控制設備都通過埋管走線的方式連接到每戶的終端控制箱內，該控制箱包含有LonWorks節點、穩壓電源、備用電池、繼電器以及交流斷電報警電路、電池充電電路等，一旦因某種原因導致控制箱交流斷電，立即啟動備用電池工作，維護監控系統運行，同時通過I/O₁₁輸入口將信息由節點模塊向監控中心報告。

    由于整個小區智能化系統的實現基于LonWorks網絡，使得系統的開發、安裝、調試工作量大大降低，同時又具備相當的靈活性，對不同用戶的要求能很容易地修改實現。

    4結束語
 
    由于LonWorks技術的開放性，產品選擇的多樣化，網絡規模大小靈活，允許住宅開發商以最合理的價格組建符合要求的小區控制網絡，有效控制成本。無論是系統升級，或是新系統設計，都可以根據客戶的需求提出最貼切的實施方案，滿足各層次用戶的需求，并能方便地對用戶節點進行修改和升級。利用LonWorks技術進行住宅小區智能化的建設，可以在特定的條件下實施特定范圍的智能化建設，并為以后更深入的發展奠定良好的基礎。因此，LonWorks技術在住宅智能化建設中應用的前景是非常廣闊的。