智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)與集成

楊帥　張江　王冰川　夏賢飛　倪嘉良

摘 要：為實(shí)現(xiàn)社區(qū)智慧化管理，提出了一種基于LON網(wǎng)絡(luò)集成平臺(tái)技術(shù)的智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)，系統(tǒng)以FT3150和AT89C55雙核結(jié)構(gòu)的控制節(jié)點(diǎn)為核心，通過LonMaker網(wǎng)絡(luò)集成工具，將智慧家居、智慧安防、智慧能源、智慧給排水配電管理有機(jī)集成，通過云平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控端，實(shí)現(xiàn)了智慧社區(qū)的管控一體化。

關(guān)鍵詞：智慧社區(qū)；協(xié)同管理；LON技術(shù)；集成平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP393.04 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）04-0099-03

Abstract： In order to realize community intelligent management， an intelligent community collaborative management service platform system based on LON network integration platform technology is proposed. The system is based on the control node of FT3150 and AT89C55 dual-core structure， and is integrated by LonMaker network tools. Intelligent home， intelligent security， intelligent energy， intelligent water supply and distribution management organic integration are integrated organically， and through the cloud platform remote monitoring end， the intelligent community management and control integration is achieved.

Keywords： intelligent community； collaborative management； LON technology； integrated platform

1 概述

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)抄表、智能家居等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用走進(jìn)社區(qū)，智慧應(yīng)用逐漸增多，智慧社區(qū)成為最有潛力的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域之一。智慧社區(qū)的網(wǎng)絡(luò)泛在化、系統(tǒng)集成化、設(shè)備智能化實(shí)現(xiàn)了家居、安防、能源等智慧管理，為居民提供一個(gè)安全、舒適、便利的新型管理模式。本設(shè)計(jì)的智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)能夠?qū)⒎N類繁多的社區(qū)功能子系統(tǒng)有機(jī)集成，確保對(duì)各類子系統(tǒng)監(jiān)控信息資源的共享和優(yōu)化管理，具有可靠性、容錯(cuò)性、易維護(hù)性和可擴(kuò)展性。

2 智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)集成方案

智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)要采用開放規(guī)范網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，構(gòu)成一體化的集成系統(tǒng)，為工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)施、系統(tǒng)配置等構(gòu)筑一個(gè)通用的管理平臺(tái)。本設(shè)計(jì)平臺(tái)集成技術(shù)采用LON網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是美國Echelon公司推出的用于網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)的一個(gè)開放式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)，該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)致力于綠色節(jié)能和智能管理，網(wǎng)絡(luò)中的信息采集、智能控制等行為能夠分布于社區(qū)管理過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，為系統(tǒng)完成網(wǎng)絡(luò)泛在化、系統(tǒng)集成化、設(shè)備智能化特征的集成提供了有效解決方案。采用LON網(wǎng)絡(luò)集成能夠賦予智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)開放、可互操等特征。整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)采用主干式網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，主干網(wǎng)絡(luò)以1.25Mbps的速率傳輸數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)，主干網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)將經(jīng)由控制節(jié)點(diǎn)路由到各分支子系統(tǒng)之間的進(jìn)行信息交互，而分支子系統(tǒng)則采用78kbps的傳輸速率在子系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行信息交互。這種設(shè)計(jì)方案使每一個(gè)子系統(tǒng)中設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信都在節(jié)點(diǎn)的一側(cè)進(jìn)行[1]，不會(huì)影響主干網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)吞吐量，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的損壞也不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常工作。

3 智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)的開發(fā)

3.1 系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)的核心是控制節(jié)點(diǎn)，主要包括家居管理節(jié)點(diǎn)、安防管理節(jié)點(diǎn)、能源管理節(jié)點(diǎn)和給排水配電管理節(jié)點(diǎn)四種類型，這四種節(jié)點(diǎn)需要采集家居管理、安防管理、能源管理和給排水配電管理現(xiàn)場(chǎng)信息和處理決策?？刂乒?jié)點(diǎn)采用MIP雙核結(jié)構(gòu)，第一處理器采用AT89C55，主要負(fù)責(zé)應(yīng)用程序的信息采集和決策處理[2]，作為主機(jī)。第二處理器采用高級(jí)VLSI器件FT3150控制器，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信處理，作為從機(jī)。兩個(gè)處理器之間采用Slave A模式并行接口總線實(shí)現(xiàn)信息傳遞，該接口模式能夠以3.3M bit/s的速率傳輸，極大提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性。Slave A模式并行接口對(duì)象通過令牌傳遞和握手協(xié)議來實(shí)現(xiàn)彼此間的同步，并防止總線競爭現(xiàn)象的發(fā)生。節(jié)點(diǎn)控制器的Slave A對(duì)象通過FT3150中的IO8，IO9，IO10這3個(gè)引腳進(jìn)行握手協(xié)議傳輸，其中IO8引腳被定義為片選輸入信號(hào)；IO9引腳被定義為讀寫輸入信號(hào)；IO10引腳被定義為握手輸入信號(hào)；而IO0～I(xiàn)O7被定義為雙向數(shù)據(jù)總線。系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)的硬件電路如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)

智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵在于對(duì)采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行決策處理，數(shù)據(jù)處理的重點(diǎn)在于雙處理器之間的數(shù)據(jù)交換，本數(shù)據(jù)交換軟件設(shè)計(jì)采用虛擬令牌乒乓式傳輸算法，有效解決了AT89C55與FT3150搶占數(shù)據(jù)總線的問題。算法設(shè)計(jì)采用Neuron C語言，該語言基于ANSI C，擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)通信、設(shè)備配置、硬件I/O和事件驅(qū)動(dòng)調(diào)度。采用Neuron C語言編寫節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序，包括I/O對(duì)象的配置、網(wǎng)絡(luò)變量的定義、顯式報(bào)文的構(gòu)建、發(fā)送和接收等，以匹配每個(gè)節(jié)點(diǎn)與Neuron C對(duì)象的功能，定義事件，編寫實(shí)現(xiàn)對(duì)象和任務(wù)的代碼，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的應(yīng)用?；谔摂M令牌乒乓式傳輸算法控制節(jié)點(diǎn)中主控制器AT89C55與從控制器FT3150實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換[3]，智慧社區(qū)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)上電復(fù)位后，主控制器傳送同步數(shù)據(jù)，從控制器接收后向主控制器傳送應(yīng)答同步數(shù)據(jù)，當(dāng)主控制器和從控制器同步后，兩控制器開始交換消息報(bào)文，主控制器置低讀寫信號(hào)控制線擁有令牌，通過置低片選信號(hào)控制線選通從控制線并實(shí)時(shí)監(jiān)聽從控制器的工作狀態(tài)，控制節(jié)點(diǎn)的軟件算法如圖3所示。endprint

4 智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)集成

智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)集成通過在遠(yuǎn)程客戶端和本地客戶端上使用網(wǎng)絡(luò)集成管理工具LonMaker實(shí)現(xiàn)，同時(shí)利用LON網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)通過家居管理節(jié)點(diǎn)、安防管理節(jié)點(diǎn)、能源管理節(jié)點(diǎn)和給排水配電管理節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的科學(xué)管理，給人們提供一種安全舒適的生活與工作的社區(qū)模態(tài)，智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)系統(tǒng)集成原理如圖4所示。社區(qū)系統(tǒng)的控制節(jié)點(diǎn)在整個(gè)系統(tǒng)中起到核心控制作用，根據(jù)應(yīng)用需要控制節(jié)點(diǎn)配置AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、DI（數(shù)字量輸入）、DO（數(shù)字量輸出）四種擴(kuò)展模式。AI，DI主要用來采集社區(qū)外部環(huán)境的模擬量信號(hào)和數(shù)字量信號(hào)，AI信號(hào)以模擬電壓的形式輸入到節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展模塊AI中，節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展模塊AI接收到這些電壓信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字量化，然后把量化好的數(shù)據(jù)送給節(jié)點(diǎn)主模塊雙核處理器，主模塊雙核處理器根據(jù)得到的AI量化數(shù)據(jù)后，根據(jù)相關(guān)算法進(jìn)行決策處理。DI是用來采集數(shù)字量信號(hào)，DI模塊在得到先關(guān)的數(shù)字量開關(guān)信號(hào)后，把相關(guān)信息送到節(jié)點(diǎn)主模塊的雙核處理器。節(jié)點(diǎn)分析DI模塊送進(jìn)來的信號(hào)，按照設(shè)計(jì)好的邏輯決定下步的控制動(dòng)作。家居管理節(jié)點(diǎn)、安防管理節(jié)點(diǎn)、能源管理節(jié)點(diǎn)和給排水配電管理節(jié)點(diǎn)在得到各種數(shù)字量和模擬量信息后，通過LON總線把得到的上述信息經(jīng)iLON 600傳送到設(shè)定的PC服務(wù)器上。服務(wù)器上的LNS數(shù)據(jù)庫工具把這些信息保存在LNS數(shù)據(jù)庫中，然后LNS DDE Server把LNS數(shù)據(jù)庫里面的數(shù)據(jù)讀取出來[4]。最后，上位機(jī)程序通過DDE接口讀取數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作或者顯示。

5 結(jié)束語

智慧社區(qū)協(xié)同管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)充分融入了“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，利用先進(jìn)LON總線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)技術(shù)，將與社區(qū)生活有關(guān)的家居、安防、能源、給排水配電等模塊中的子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓社區(qū)生活更加舒適、安全、有效。平臺(tái)系統(tǒng)依托LON技術(shù)總線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與互聯(lián)網(wǎng)的無縫對(duì)接，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)將社區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)感知層和智慧服務(wù)連結(jié)起來，集家居管理、安防管理、能源管理、給排水配電管理于一體，達(dá)到社區(qū)智慧高效的管理，實(shí)現(xiàn)了管控一體化。

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