智能建筑及樓宇自動化是近幾年興起的新領域，特別是近年來現(xiàn)代高科技和信息技術的發(fā)展，實現(xiàn)了“將家庭中各種與信息相關的通訊設備，家用電器和家庭保安裝置通過家庭總線技術（HBS）連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環(huán)境的和諧”的目標。

    智能建筑應當是：“通過對建筑物的4個基本要素，即結構、系統(tǒng)、服務和管理，以及它們之間的內在聯(lián)系，以最優(yōu)化的設計，提供一個投資合理又擁有高效率的幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環(huán)境空間。智能建筑物能夠幫助大廈的主人，財產的管理者和擁有者等意識到，他們在諸如費用開支、生活舒適、商務活動和人身安全等方面得到最大利益的回報?！敝悄芙ㄖ闹悄芑浣M成按其基本功能可分為三大塊：樓宇自動化系統(tǒng)BAS(BuildingAutomationSystem)、辦公自動化系統(tǒng)OAS(OfficeAutomationSystem)和通信自動化系統(tǒng)CAS(CommunicationAutomationSystem)，即“3A”系統(tǒng)。

    目前，國內的樓宇自動化系統(tǒng)大都采用以單片機為核心，通過串行通訊總線進行系統(tǒng)連接并通信，這種系統(tǒng)在本質上因采用了封閉式通信協(xié)議?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(FieldbusControlSystem)因通信協(xié)議的開放性而能很好地解決這些長期困擾我們的問題，它的應運而生在控制領域產生了一場新的革命。

    現(xiàn)場總線是一種串行化、數(shù)字化數(shù)據(jù)通信鏈路，它溝通了生產過程領域的基本控制設備（即場地級設備）之間以及與更高層次自動控制領域的自動化控制設備（即車間級設備）之間的聯(lián)系。在當前多種流行的現(xiàn)場總線中，LonWorks現(xiàn)場總線技術異軍突起，以其優(yōu)良的性能與特點而迅速在樓宇自動化系統(tǒng)中得到越來越多的應用。

1LonWorks主要技術
    LonWorks總線主要是以美國Echelon公司等發(fā)起并于1990年正式公布推出的局部操作網(wǎng)絡（LocalOperatingNetwork），已成為在BAS應用中最有影響的現(xiàn)場總線。LonWorks以其優(yōu)秀的分布處理能力、開放性、互操作性、多媒介適應能力以及多網(wǎng)絡拓撲結構等特點,適應了未來發(fā)展對測控網(wǎng)絡的要求。LonWorks技術是用于開發(fā)監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的一個完整的技術平臺，它包含所有設計、配置和維護網(wǎng)絡所需要的技術：3120/3150Neuron芯片；NeuronC編程語言；LonTalk協(xié)議；LonWorks收發(fā)器；LonBuilder和NodeBuilder開發(fā)工具等。LonWorks網(wǎng)絡系統(tǒng)由智能節(jié)點組成，每個智能節(jié)點可具有多種形式的I/O功能，節(jié)點之間可通過不同的傳輸媒介進行通信，并遵守ISO/OSI的七層模型協(xié)議。

（1）智能節(jié)點
    構成LonWorks控制網(wǎng)絡的Neuron智能節(jié)點由神經(jīng)元芯片、傳感器、控制設備、收發(fā)器和電源等組成。Neuron智能節(jié)點分為兩類，第一類是名為基于Neuron芯片的節(jié)點，節(jié)點中不再出現(xiàn)其它處理器，它利用Neuron芯片完成包括通信以及用戶應用程序在內的所有工作，此類節(jié)點結構簡單、成本低，適用于控制功能較為簡單的網(wǎng)絡系統(tǒng)；另一類是稱作基于主機的節(jié)點，節(jié)點中除了Neuron芯片以外，還有其它的處理器，諸如單片機等，前者主要完成通信工作，后者則完成用戶的應用程序，此類節(jié)點結構復雜、成本高，但可實現(xiàn)復雜的控制功能。圖1為基于Neuron芯片的節(jié)點結構。

圖1基于Neuron芯片的節(jié)點結構圖 [nextpage]

（2）Neuron神經(jīng)元芯片
    Neuron芯片是LonWorks技術的核心，每一個神經(jīng)芯片在制造期間被賦予一個唯一的48位碼的標識，稱為標識碼。它既進行通信的管理，也同時具有輸入、輸出和控制的能力。3120與3150兩大系列芯片主要由Motorola、Toshiba、Cypress三個公司生產，芯片內有3個8位流水線作業(yè)的CPU。介質訪問控制CPU處理LonTalk7層協(xié)議的第1到第2層，包括驅動通信子系統(tǒng)硬件和執(zhí)行MAC算法。網(wǎng)絡CPU處理LonTalk協(xié)議的第3到第6層，包括處理網(wǎng)絡變量尋址事務，權限證實，背景診斷，軟件計時器，網(wǎng)絡管理和路由等，同時還控制網(wǎng)絡通信端口，物理的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。應用CPU執(zhí)行用戶用NeuronC語言編寫的代碼以及用戶代碼調用的操作系統(tǒng)命令。3個CPU分別通過片內的網(wǎng)絡緩存器和應用緩存器進行通信。新出現(xiàn)的低能耗芯片MCl43120LE2FB采用3V工作電壓，減小了電力消耗。廣泛適用于傳感器、執(zhí)行器、安全檢測器和自動調溫器，尤其適用于建筑物內嵌的分散控制網(wǎng)絡。

2系統(tǒng)硬件設計
    樓宇自動化安防系統(tǒng)選用兩級計算機監(jiān)控系統(tǒng)，即由上位管理機、LonTalk適配器以及多個智能節(jié)點組成，節(jié)點數(shù)量可根據(jù)監(jiān)控的需要增減，使用LonWorks現(xiàn)場總線作為控制和通信網(wǎng)絡把各節(jié)點連接成一個分布式智能控制系統(tǒng)，其網(wǎng)絡結構如圖2所示。

    家庭智能節(jié)點的硬件電路主要由神經(jīng)元芯片、單片機、鍵盤、LED顯示、蜂鳴器、A/D轉換等部分組成。其中信號采集部分可由門磁開關、微波偵測、紅外偵測、火災檢測、煙感探測等諸多類型傳感器組成。采集到的信號送到單片機，經(jīng)分析處理產生現(xiàn)場聲光報警的同時，并判斷報警類型，如果是火警類型則顯示“F×××”，其中F表示火警，“×××”表示報警的房間號（以下同）；若為盜警則顯示“D×××”；若為緊急呼叫則顯示“B×××”；若采集信號出現(xiàn)故障則顯示“E×××”。若遇到需要顯示二種及以上信號時，按F×××、B×××、D×××、E×××的優(yōu)先級循環(huán)顯示報警信號。亦可依據(jù)主人設定的狀態(tài)將報警信號通過公眾電話網(wǎng)以數(shù)據(jù)或語音兩種方式進行報警。

    數(shù)據(jù)報警是在自動撥打設定的電話后，再將報警的地址及報告碼以數(shù)據(jù)形式送出。上位機設在住戶所屬區(qū)域的報警中心，可直接將該系統(tǒng)通過LonWorks總線與之相連，構成城區(qū)報警防護網(wǎng)絡中的一部分。一旦出現(xiàn)緊急狀況而產生報警，按照先報警中心后戶主的優(yōu)先級報告家中警情。根據(jù)所傳送的數(shù)據(jù)，報警中心的計算機可立刻顯示出報警住戶的地址、警情并連同報警時間一并送至打印機打印輸出，同時將報警狀況存于計算機的硬盤中，以便日后查證。此時值班中心的值班人員可立即通知有關人員前往處理。語音報警則是在自動撥打完主人設定的電話號碼后，待對方摘機，立刻播放存于語音芯片中的語音提示音，如“家中有情況，速回”。

    該安防節(jié)點可對多個防區(qū)進行設防，系統(tǒng)共有居家、外出、入戶、測試、關閉五種模式，分別表示五種不同的工作模式。系統(tǒng)還具有進門/出門延遲和進出延遲區(qū)的延遲時間設定功能。該安防模塊一次最多設置四組報警電話號碼，撥不通可自動重撥。此外，該模塊具有很強的擴展能力，具有多個模擬量、開關量輸入/輸出接口，用戶可根據(jù)需要增添不同采樣傳感器來擴展系統(tǒng)的功能。

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    安防節(jié)點結構框圖如圖3所示，神經(jīng)元芯片MC3150是家庭安防節(jié)點的通信控制部分，通過它可以與住宅其它節(jié)點進行通信聯(lián)絡，物業(yè)管理中心也是通過其向各家庭安防節(jié)點傳達各種控制命令。圖中單片機8031是安防節(jié)點的中心控制部分，整個單片機及其它與其相連的設備一起作為神經(jīng)元芯片的輸入輸出設備，其實這一部分也具有相對立的功能：如果神經(jīng)元芯片與LonWorks總線斷開時，那么整個安防節(jié)點仍具有防盜報警等功能，這時的控制完全由8031來完成。所以該系統(tǒng)的可擴展升級性很強，能滿足不同用戶的需求。圖中的開關量輸入/輸出及模擬量輸入/輸出用來采集各種報警信號和完成8031下達的控制命令。

3系統(tǒng)程序設計
    隨著現(xiàn)場總線智能設備通用性的提高和成本的降低，簡單的控制任務轉移到現(xiàn)場智能節(jié)點中，成為現(xiàn)場控制。在基于LonWorks的樓宇自動化安防系統(tǒng)中，系統(tǒng)的控制功能已分散到各個控制節(jié)點，控制節(jié)點在監(jiān)控計算機、通信鏈路和其它節(jié)點出現(xiàn)故障的情況下均能安全地工作，提高系統(tǒng)的可靠性。安防系統(tǒng)的智能節(jié)點主要完成兩個任務：一是檢測信號的測量；二是監(jiān)控計算機和智能節(jié)點的信息交換，包括安防系統(tǒng)的智能節(jié)點檢測到的信號、自身的運行狀態(tài)和監(jiān)控計算機發(fā)出的控制命令。各控制節(jié)點的應用程序采用NeuronC語言編寫，并使用NodeBuilder節(jié)點開發(fā)工具進行調試。
NeuronC任務調度是事件驅動：當一個給定事件發(fā)生的條件為真時，與該事件關聯(lián)的一段代碼(稱為任務)被執(zhí)行。事件是通過When語句來定義的，一個When語句包含一個表達式，當表達式為真時，則表達式后面的任務被執(zhí)行。智能節(jié)點的主程序流程圖如圖4。

圖4安防節(jié)點程序流程圖 

    LonWorks網(wǎng)絡中的每個節(jié)點間可以實現(xiàn)點到點的信息傳輸，具有極其良好的互操作性，使整個網(wǎng)絡實現(xiàn)了無中心的真正的分布式控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相比較，大大提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性;減少了與一次元件相連的模件的型號品種的數(shù)量和大量的連接電纜，降低了系統(tǒng)材料、安裝、維護等費用。

    在實時控制方面，實現(xiàn)了可相互操作的現(xiàn)場總線LonWorks的網(wǎng)絡技術的通信協(xié)議LonTalk，為樓宇自動化安防系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器和控制器之間網(wǎng)絡化操作奠定了基礎。

    采用分布式模塊化結構，組成局域通信網(wǎng)絡，系統(tǒng)適應性強，組態(tài)靈活，擴充容易，網(wǎng)絡規(guī)?？梢愿鶕?jù)需要進行調整。

    系統(tǒng)采用大量靈敏度高、響應速度快的傳感器和先進的檢測手段，可有效地防止漏報，實現(xiàn)準確報警，確保建筑物的安全和對建筑物的科學管理。

4結束語
    LonWorks網(wǎng)絡非常容易與其他網(wǎng)絡實現(xiàn)互連，可以實現(xiàn)遠程操作和控制。 Lonworks開放式、可互操作性、成熟和低成本的特點，LonWorks國際標準的制定，更加推動了它的發(fā)展與應用。在智能樓宇安防系統(tǒng)中使用LonWorks總線技術使控制器對控制點實現(xiàn)了分樓層檢測、控制和報警，提高了系統(tǒng)內部的通信速率、實時性；降低了誤碼傳送率，更好地保證智能建筑的安全性和智能化。