基于Lon Works總線的智能小區(qū)安防系統(tǒng)設計

楊烈君，楊慧玲，錢慶平

(寧德師范學院計算機系，福建 寧德352000)

近年來，計算機技術(shù)，傳感器技術(shù)以及自動控制技術(shù)迅猛發(fā)展，智能小區(qū)作為信息時代的必然產(chǎn)物也應運而生，其以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，充分利用現(xiàn)代通信技術(shù)，為住戶提供便利快捷的信息通訊服務，安全舒適的生活居住環(huán)境以及高效智能的物業(yè)管理功能，它包括安保消防系統(tǒng)、信息管理監(jiān)控系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)功能。

1 智能小區(qū)安防基本功能

閉路電視監(jiān)控與報警系統(tǒng)是在小區(qū)出入口、公共場所、停車場入口、住宅進入口門廳安裝監(jiān)控設備進行現(xiàn)場實況24小時全天候防范監(jiān)視。它主要由攝像部件、傳輸信道、控制與顯示部件等組成。

住宅入口可視對講系統(tǒng)實現(xiàn)了住房、訪客、控制中心三方之間的可視聲音通信。它由樓門主機、電磁鎖、室內(nèi)分機等部件組成，避免無關(guān)人員進入。

保安電子巡更系統(tǒng)是在小區(qū)內(nèi)的重要場所設立巡更點，安保人員定期巡邏，并進行記錄。實現(xiàn)指揮中心對安保人員的監(jiān)控和檢查，同時當發(fā)生險情時便于安保人員的調(diào)度。

2 Lon W orks總線網(wǎng)絡

Lon Works采用了面向?qū)ο蟮脑O計模式，遵守7層網(wǎng)絡協(xié)議，通過網(wǎng)絡變量簡化設計參數(shù)設置，增強了通信的可靠性。其通訊速率從300bps至15Mbps不等，支持多種通信介質(zhì)，被譽為通用控制網(wǎng)絡，在各行業(yè)均被廣泛應用。

2.1 Lon W orks硬件

Lon Works網(wǎng)絡節(jié)點主要由Lon Works芯片處理器、Lon Works收發(fā)器和網(wǎng)絡設備構(gòu)成。

Lon Works芯片處理器是一組復雜的VLSI器件，包括有媒體訪問控制(MAC)處理器負責驅(qū)動通信子系統(tǒng)硬件和執(zhí)行沖突避免算法;網(wǎng)絡(Network)處理器負責處理網(wǎng)絡變量、尋址、網(wǎng)絡管理、路由等進程;應用(Application)處理器負責執(zhí)行用戶編寫的指令以及用戶程序調(diào)用的系統(tǒng)指令。同時，它的I/O管腳可能過靈活預編程操作為外部硬件提供的介質(zhì)接口。

Lon Works收發(fā)器可采用多種通信介質(zhì)，雙絞線收發(fā)器與電力線收發(fā)器使用最為廣泛，被應用于多種應用設計。

網(wǎng)絡設備有路由器和接口卡構(gòu)成。路由器用于連接不同介質(zhì)LON總線網(wǎng)絡，還能控制網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換和通信速率。接口卡是外部主機的物理接口，其應用程序提供通信協(xié)議與應用程序接口API，使得主機程序能夠正常訪問LON總線網(wǎng)絡。

2.2 Lon W orks軟件

Lon Works網(wǎng)絡節(jié)點建成后，通過Lon Talk協(xié)議為節(jié)點間相互通訊提供服務，將每個節(jié)點的網(wǎng)絡變量與報文連接起來，通過網(wǎng)絡軟件系統(tǒng)為全網(wǎng)提供網(wǎng)絡監(jiān)控、配置、管理等網(wǎng)絡服務。

3 Lon Works網(wǎng)絡安防系統(tǒng)應用

小區(qū)安防系統(tǒng)作為一種功能強大的小區(qū)弱電布線及智能控制系統(tǒng)，使用一根LON總線即可將各模塊進行互連，充分利用Lon Works技術(shù)真正實現(xiàn)智能布線與控制的有效結(jié)合。整個系統(tǒng)分為三層:監(jiān)控指揮中心、Lon Works網(wǎng)絡以及智能控制器。系統(tǒng)通過Lon Works技術(shù)聯(lián)合成整體，指揮中心實現(xiàn)集中管理與分散控制。小區(qū)系統(tǒng)使用總線型拓撲結(jié)構(gòu)，將各個獨立系統(tǒng)通過通信信道經(jīng)路由器接入LON總線;通過iLon服務器完成數(shù)據(jù)分析處理，接入Internet實現(xiàn)信息交互與共享;通過IPC工控機對各接入節(jié)點集中管理控制。

3.1 系統(tǒng)節(jié)點硬件實現(xiàn)

Lon Works控制模塊核心是神經(jīng)元芯片，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、A/D轉(zhuǎn)換等部分組成。設計選用MC143150芯片，采用擴展的外部存儲器AT29C256。收發(fā)器采用FFT－10A自由拓撲雙絞線收發(fā)器，使安裝不再受總線拓撲結(jié)構(gòu)局限。信號采集部分由門磁開關(guān)、紅外偵測、煙霧感應、溫度檢測等多類傳感器組成，采集到了信號經(jīng)單片機處理分析發(fā)出報警信號。各節(jié)點通過LON總線網(wǎng)絡與監(jiān)控指揮中心的上位機相連。

硬件電路設計:MC3150與AT89S51接口電路智能節(jié)點采用單片機AT89S51為主處理器，與神經(jīng)元芯片3150芯片接成并行I/O模式。Neuron芯片固件通過握手協(xié)議和令牌傳遞實現(xiàn)同步和防止總線競爭。由于3150芯片握手信號是集電極開路，因此需要外接上拉電阻。3150芯片包含8個數(shù)據(jù)位和3個控制位，單片機89S51的P0口與其IO0～IO7相連作為8路數(shù)據(jù)總線，P1.3與握手信號端IO10相連，P3.5與CS信號選通端IO8相連，P1.4進行讀寫控制。主處理器寫數(shù)據(jù)時，如果單片機89S51收到HS信號為低時，則在選通信號下降沿將數(shù)據(jù)送入總線;神經(jīng)元芯片3150收到數(shù)據(jù)，置HS端為高電平;當數(shù)據(jù)讀取結(jié)束，HS被復位，等待下次通信。

收發(fā)器接口電路由于系統(tǒng)采用雙絞線作為通訊介質(zhì)，選用FFT－10A自由拓撲收發(fā)器。通過FFT－10A可將提Lon Works收發(fā)器添加到任意基于神經(jīng)元芯片的控制網(wǎng)絡。其最大通信距離為500米，因其具有多種拓撲結(jié)構(gòu)支持能力而被廣泛應用。

信號采集電路 本設計選用MAX186作為信號采集電路芯片。其內(nèi)部具有4.096

V基準源，帶有串行12位8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每通道帶保持電路。現(xiàn)場測量信號經(jīng)變壓手進入MAX186通道，通過串行數(shù)據(jù)線完成控制字的寫入以及轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的輸出。

3.2 節(jié)點軟件設計

系統(tǒng)中節(jié)點的軟件設計主要功能有:現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與處理，繼電器輸出控制，鍵盤輸入及輸出顯示，3150芯片模式設定，單片機89S51與3150芯片的通信及與監(jiān)控中心主機的信息交互。

4 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展和生活水平的提高，住宅小區(qū)智能化正向著數(shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。由于Lon works總線技術(shù)的開放性與兼容性，其獨特的優(yōu)勢已逐步顯現(xiàn)，它能夠方便地將建筑物中各種自控設備互聯(lián)成一個整體，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)與各控制單元間的自由通信。本文設計的小區(qū)安防系統(tǒng)通過Lon works技術(shù)使智能小區(qū)實現(xiàn)集中管理與分散控制，既保證了智能小區(qū)安防功能的實現(xiàn)，可根據(jù)小區(qū)實際需求增加新的節(jié)點單元，實際應用證明其具有很好的兼容性與擴展性。

［1］高安邦，孫社文.Lon Works技術(shù)開發(fā)和應用［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009.

［2］朱少卿.基于Lon Works總線下的住宅安防技術(shù)研究［D］.南京:南京理工大學，2010.

［3］陳 龍，李仲男.智能建筑安全防范系統(tǒng)及應用［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.