劉志華,文世敏,趙云祥

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203）

基于LonWorks技術(shù)的安全防范系統(tǒng)研究

劉志華,文世敏,趙云祥

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203）

安全防范系統(tǒng)作為樓宇智能化的一個(gè)重要組成部分，廣泛應(yīng)用于智能建筑中.LonWorks總線因其很強(qiáng)的可靠性、開(kāi)放性和靈活性，常常用于連接智能建筑中的子系統(tǒng).本文介紹了安全防范系統(tǒng)和LonWorks總線的基本概念，提出了一種基于LonWorks技術(shù)的安全防范系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.

安全防范系統(tǒng)；智能建筑；LonWorks總線技術(shù)

以計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息化為基礎(chǔ)的安全防范系統(tǒng)在社會(huì)中發(fā)揮的作用越來(lái)越大.所謂安全防范系統(tǒng)指采用紅外、音視頻、微波、探測(cè)、通信、控制等多種學(xué)科技術(shù)，利用各種安防產(chǎn)品和設(shè)備，為人們提供一個(gè)安全的生活和工作環(huán)境的系統(tǒng).達(dá)到事先預(yù)警、事后控制和處理的效果，保護(hù)建筑（大廈、小區(qū)、工廠）內(nèi)外人身及生命財(cái)產(chǎn)安全.

GB/T 50314《智能建筑建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中指出：“智能建筑，它是以建筑為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備、辦公自動(dòng)化及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)以及它們之間的最優(yōu)化組合，向人們提供一個(gè)安全、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境.”

LonWorks總線技術(shù)因?yàn)槠淇煽啃愿?、開(kāi)放性強(qiáng)和靈活性優(yōu)等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在智能樓宇和家庭智能化建筑上面.

1 LonWorks總線技術(shù)

1.1 LonWorks總線技術(shù)概述

LonWorks作為一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，由美國(guó)的Echelon公司于20世紀(jì)90年代初推出.LonWorks控制技術(shù)具有優(yōu)良的開(kāi)放性、互操作性、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性以及面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，所以，使得LonWorks技術(shù)已從工業(yè)自控逐步發(fā)展運(yùn)用至安全防范系統(tǒng)中.

LonWorks技術(shù)主要特點(diǎn)有：分布式控制、良好的開(kāi)放性和互操作性、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、節(jié)約成本和方便維護(hù).

1.2 LonTalk協(xié)議

LonWorks協(xié)議作為L(zhǎng)onWorks系統(tǒng)的核心，遵循由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)定義的開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)模型，包含LonTalk協(xié)議和ANSI/EIA 709.1控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn).為滿足控制網(wǎng)的可靠和魯棒的通信標(biāo)準(zhǔn)要求，LonTalk協(xié)議為控制應(yīng)用提供了一個(gè)可靠性高、性能高、抗干擾性高的通信機(jī)制.

1.3 Neuron芯片

Neuron芯片作為L(zhǎng)onWorks技術(shù)的核心，由3個(gè)8位微處理器、只讀式存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)式存儲(chǔ)器RAM以及I/O和通信接口組成.操作系統(tǒng)、I/O函數(shù)庫(kù)和LonTalk協(xié)議駐存于ROM中；在RAM上則完成存儲(chǔ)從網(wǎng)絡(luò)上下載的配置數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序.利用Neuron芯片，可以實(shí)現(xiàn)直接與它所監(jiān)視的控制設(shè)備及傳感器連接，并獲得控制設(shè)備或傳感器的狀態(tài)，來(lái)到達(dá)采用控制算法而實(shí)現(xiàn)和其它的Neuron芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的功能.當(dāng)然，采用LonTalk通信協(xié)議，也可以確保節(jié)點(diǎn)間使用可靠的通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行互操作.

1.4 LonWorks的結(jié)構(gòu)

協(xié)議(LonTalk)、設(shè)備、傳輸介質(zhì)、管理軟件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等五個(gè)部分構(gòu)成LonWorks控制網(wǎng)絡(luò).其中，路由器、網(wǎng)關(guān)、智能測(cè)控單元等構(gòu)成設(shè)備；LonTalk開(kāi)放式通信協(xié)議及為設(shè)備之間交換控制狀態(tài)信息建立的通用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成管理軟件；傳感器、執(zhí)行器等構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu).

1.5 LonWorks在安全防范系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)

第一，通過(guò)LonWorks技術(shù)使安全防范系統(tǒng)互聯(lián)成一個(gè)整體，能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理、分散控制.第二，LonWorks技術(shù)可以在確保智能化住宅實(shí)現(xiàn)所有功能的同時(shí)，又使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布線容易.第三，LonWorks技術(shù)可以根據(jù)不同的功能要求，在不同的節(jié)點(diǎn)上編寫(xiě)相應(yīng)的控制程序，從而實(shí)現(xiàn)良好的可擴(kuò)展性.

2 安全防范系統(tǒng)

安全防范系統(tǒng)是技術(shù)防范和人工防范結(jié)合的系統(tǒng).利用先進(jìn)的技術(shù)防范系統(tǒng)彌補(bǔ)人工防范本身的缺陷，用科學(xué)技術(shù)手段提高人們生活和工作環(huán)境安全度.除了技術(shù)防范系統(tǒng)外，還必須有嚴(yán)格訓(xùn)練和培訓(xùn)的高素質(zhì)安保人員，只有通過(guò)人工防范和技術(shù)防范的結(jié)合才能提供一個(gè)真正的安防系統(tǒng).強(qiáng)大的接警中心和高效的公安機(jī)關(guān)是安全防范系統(tǒng)的核心.

狹義的安全防范系統(tǒng)就是防盜報(bào)警系統(tǒng)，由前端探測(cè)器、傳輸線路（有線或無(wú)線）、報(bào)警主機(jī)（含配套設(shè)備）和接警中心四個(gè)部分構(gòu)成.

廣義的安全防范系統(tǒng)包括閉路監(jiān)控電視系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、周邊防范系統(tǒng)、樓宇可視對(duì)講系統(tǒng)、停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)和保安巡邏考勤系統(tǒng)等構(gòu)成.

3 基于LonWorks的安全防范系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于LonWorks的安全防范系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 基于LonWorks的安全防范系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1 安全防范系統(tǒng)原理

整個(gè)系統(tǒng)采用總線式結(jié)構(gòu)，由一根LonWorks總線將各功能模塊進(jìn)行連接，而各子系統(tǒng)通過(guò)路由器連接到LonWorks總線上.數(shù)據(jù)處理由iLon服務(wù)器進(jìn)行，并通過(guò)以太網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)信息共享.系統(tǒng)采用IPC工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行集中控制.

在系統(tǒng)內(nèi)部，采用雙絞線作為傳輸介質(zhì)進(jìn)行通信，各節(jié)點(diǎn)以總線拓?fù)湫问竭B接.在節(jié)點(diǎn)端，分別連接監(jiān)控報(bào)警子系統(tǒng)、可視對(duì)講子系統(tǒng)、門(mén)禁子系統(tǒng)、家庭安防子系統(tǒng)等.

由于采用綜合布線的方式，優(yōu)化了布線結(jié)構(gòu).同時(shí)，以LonWorks技術(shù)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了智能小區(qū)管理中心集中管理、分散控制的功能.

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)圖1的安全防范系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，在智能建筑安全防范系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，可以采用總體結(jié)構(gòu)相似，具體子系統(tǒng)相異的方式進(jìn)行設(shè)計(jì).以家庭安全子系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，采用LonWorks技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能安防.

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示.圖中，利用LonWorks總線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的操作，結(jié)構(gòu)上由三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成：

（1）第一層為計(jì)算機(jī)管理層，由iLon 600路由器及IPC工業(yè)控制機(jī)組成.上位機(jī)由IPC工控機(jī)構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)對(duì)各節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)的管理、顯示及打印功能，并通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享.而iLon 600路由器是Echelon公司研制的iLon產(chǎn)品，它是一個(gè)遵從EIA 852協(xié)議，并從LonWorks到IP的路由器，內(nèi)部采用Echelon公司的LonWorks/IP體系結(jié)構(gòu)和一個(gè)32位的RISC處理器.主要負(fù)責(zé)LonWorks總線和上層以太網(wǎng)之間協(xié)議的轉(zhuǎn)換，相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)關(guān).

（2）第二層為控制層，包含小區(qū)內(nèi)所有的智能節(jié)點(diǎn)，一戶一個(gè).智能節(jié)點(diǎn)通過(guò)控制設(shè)備、Neuron芯片、收發(fā)器等對(duì)I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)控制和采集.每個(gè)控制器擁有n個(gè)輸入輸出口，主要用于接收傳感器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)，及的進(jìn)行報(bào)警并與各執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng).

圖2 節(jié)點(diǎn)控制網(wǎng)絡(luò)圖

（3）第三層為I/O設(shè)備層.設(shè)備指的是現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和執(zhí)行裝置，包括：煙感探測(cè)器、煤氣泄漏探測(cè)器、紅外探測(cè)器、溫感探測(cè)器和緊急按鈕.這些傳感器能對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將探測(cè)到的信號(hào)通過(guò)A/D（或D/A）轉(zhuǎn)換，傳送至IPC工業(yè)控制機(jī).

4 軟件實(shí)現(xiàn)

軟件實(shí)現(xiàn)包括三方面：Wi 段 C組態(tài)界面的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、駐留在PC機(jī)內(nèi)的通信程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì).

4.1 Wi 段 C組態(tài)界面的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

Wi 段 C可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的腳本編程，包括從圖形對(duì)象上單個(gè)的動(dòng)作到完整的功能以及獨(dú)立于單個(gè)組件的全局動(dòng)作腳本.WiC以 C甚至于WiC至 owsAPI功能均可以在動(dòng)作腳本中被調(diào)用.此外，集成的腳本編程包含了C翻譯器和大量的ANSI-C標(biāo)準(zhǔn)函數(shù).

Wi 段 C 7.0中，增加了Wi.7 owsVista主題風(fēng)格和外觀的運(yùn)行界面；全新控件：趨勢(shì)、報(bào)警、配方等；增加了基于對(duì)象的編程模式，面板技術(shù)；提供了免費(fèi)集成高級(jí)用戶管理工具SIMATICLogon；增強(qiáng)了安全性，支持Wi 增了 ows防火墻和病毒掃描.

4.2 駐留在PC機(jī)內(nèi)的通信程序設(shè)計(jì)

LonWorks技術(shù)利用DDESever實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和具有DDE功能的windows應(yīng)用程序間交換網(wǎng)絡(luò)變量和信息.使用VC++的DDE設(shè)計(jì)功能，可以在PC監(jiān)視節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)LonWorks網(wǎng)絡(luò)的DDEServer連接，從而完成數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交換.

4.3 系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

作為L(zhǎng)LonWorks技術(shù)的核心，LonTalk協(xié)議提供OSI參考模型所定義下的全部七層服務(wù)，它使用NeuronC進(jìn)行編程，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量直接面向?qū)ο笸ㄐ?Neuron C是一種強(qiáng)有力的開(kāi)發(fā)工具，它增強(qiáng)了對(duì)I/O支持、時(shí)間處理、報(bào)文傳遞等功能，擴(kuò)充了顯示報(bào)文、網(wǎng)絡(luò)變量、多任務(wù)調(diào)度、軟件定時(shí)器、復(fù)雜函數(shù)等.

5 結(jié)語(yǔ)

LonWorks技術(shù)的發(fā)展為智能建筑系統(tǒng)集成提供了強(qiáng)有力的支持.基于LonWorks技術(shù)的設(shè)備正在廣泛應(yīng)用于智能建筑自動(dòng)化領(lǐng)域.實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)具有良好的通用性，可以推廣到其他應(yīng)用領(lǐng)域，如照明、消防等.

〔1〕鄒益仁，馬增良.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.

〔2〕馬莉.智能控制與Lon網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

〔3〕周云.LonWorks總線技術(shù)在智能小區(qū)安防系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用.西安建筑科技大學(xué)，2011.

〔4〕馬占敖.基于LonWorks技術(shù)的智能建筑樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2010（6）：98-100.

〔5〕張新房.圖說(shuō)建筑智能化系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

TU 855

A

1673-260X（2013）02-0035-02

云南省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目（2011Y503）