基于LonWorks總線的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種基于LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該方案將LonWorks總線技術(shù)應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)中的控制和采集節(jié)點(diǎn)由單片機(jī)和神經(jīng)元芯片組成，單片機(jī)作為主控制器，神經(jīng)元芯片作為通信協(xié)議處理器和上位機(jī)進(jìn)行通信。
關(guān)鍵詞：LonWorks總線；智能家居；智能節(jié)點(diǎn)；單片機(jī)

0 引言
智能家居以住宅作為平臺(tái)，綜合利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、家電控制、綜合布線等技術(shù)，將家庭智能控制、信息交換、安防監(jiān)控等家居生活有效結(jié)合起來，創(chuàng)造出高效、安全、舒適、便捷的個(gè)性化住宅空間。
LonWorks是美國Echelon公司推出的現(xiàn)場總線技術(shù)，該總線可為智能控制系統(tǒng)提供一套完整的解決方案，其核心技術(shù)是LonTalk協(xié)議和神經(jīng)元芯片。其中，神經(jīng)元芯片都內(nèi)嵌有LonTalk協(xié)議的固件，同時(shí)神經(jīng)元芯片還具有通信和控制功能，可提供34種常見的I／O控制對(duì)象。Lon Works網(wǎng)絡(luò)采用分布式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)相互通信。LonWorks作為一種開放、互操作、全數(shù)字的現(xiàn)場總線技術(shù)，以實(shí)時(shí)性好、靈活性好、可靠性高等特點(diǎn)，贏得了相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)商、研究機(jī)構(gòu)和用戶的青睞，得到了極為廣泛的應(yīng)用。LonWorks產(chǎn)品中的的電力線收發(fā)器不需要另外布線，可使各種設(shè)備組成智能網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)測控與通信，而且組網(wǎng)維護(hù)十分方便。所以，本文采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)來設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)
智能家居系統(tǒng)的底層設(shè)備需要有數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理等功能。設(shè)計(jì)時(shí)可以將智能家居系統(tǒng)劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3個(gè)層次。
感知層包括所有搭載神經(jīng)元芯片的智能節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)使用電力載波的通信方式組成LonWorks網(wǎng)絡(luò)。這樣組網(wǎng)的最大優(yōu)勢是不用重新布線，而使用現(xiàn)有電力線就能架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，使得組網(wǎng)更方便。底層終端可以大致分為安防報(bào)警類、環(huán)境監(jiān)控類、家電控制類、設(shè)備管理類等。
網(wǎng)絡(luò)層包括運(yùn)行著LNS Server軟件的服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)，服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)接口與LonWorks網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進(jìn)行通信，并能直接對(duì)現(xiàn)場的各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與管理。LNS服務(wù)器上還能建立一個(gè)Web服務(wù)器，以將數(shù)據(jù)通過Web站點(diǎn)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上去。
應(yīng)用層是用戶和系統(tǒng)的接口，利用友好的界面完成用戶與系統(tǒng)的信息交互過程。用戶的終端可以是PC機(jī)、手機(jī)、平板電腦等。圖1所示是其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。

2 設(shè)計(jì)方案
2．1 智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
在本系統(tǒng)中，智能節(jié)點(diǎn)使用單片機(jī)作為主控控制器，神經(jīng)元芯片作為通信協(xié)議處理器，圖2所示是其智能節(jié)點(diǎn)的構(gòu)架圖。單片機(jī)和神經(jīng)元芯片之間使用串口協(xié)議進(jìn)行通信，使用單片機(jī)作為主控制器的優(yōu)點(diǎn)在于外圍電路開發(fā)方便，相應(yīng)技術(shù)也比較成熟。用神經(jīng)元芯片作為通信協(xié)議處理器使得增加、移動(dòng)和改變設(shè)備可以快速實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)圖和數(shù)據(jù)庫的維護(hù)也比較簡單。

本系統(tǒng)要對(duì)盡可能多的電器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但是目前家庭自動(dòng)化產(chǎn)品還比較少，不能夠經(jīng)過系統(tǒng)直接控制。所以，本設(shè)計(jì)采用其他方式進(jìn)行間接控制。本系統(tǒng)中的間接控制主要采用電源控制和紅外遙控。