摘 要：分析住宅小區(qū)智能化區(qū)別于智能大樓的特點，集中討論智能住宅的核心部分家庭控制網(wǎng)絡(luò)的功能及對控制系統(tǒng)的要求，介紹了Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)和組成，突出其開放性和易組態(tài)的優(yōu)點，提出了利用Ｌｏｎｗｏｒｋｓ搭建家庭智能控制網(wǎng)絡(luò)的整體解決方案。
　　關(guān)鍵詞：Ｌｏｎｗｏｒｋｓ 現(xiàn)場總線 智能住宅 家庭智能控制系統(tǒng)
　?。?引言
　　自從世界上第一棟智能大樓于1984年1月在美國建成投入使用以來，智能大樓在許多國家積極興起，它的出現(xiàn)給我們的工作、學(xué)習(xí)、交流以及各種信息的索取和傳輸帶來很多便利，同時住宅、樓棟和小區(qū)的智能化也成為適應(yīng)人們對生活水平和生活質(zhì)量需要的必然趨勢。
　　家庭總線的家庭智能控制系統(tǒng)是社區(qū)管理和服務(wù)系統(tǒng)的用戶終端，同住戶直接相關(guān)，是實現(xiàn)住宅智能化的核心。本文通過分析家庭智能控制系統(tǒng)的功能要求，結(jié)合Ｌｏｎｗｏｒｋｓ自身的特點，提出利用Ｌｏｎｗｏｒｋｓ搭建家庭智能控制網(wǎng)絡(luò)的整體解決方案。
　　2 智能化住宅及家庭控制網(wǎng)絡(luò)
　　智能化住宅與智能大樓有區(qū)別，要求的目標也不一致。不同于智能大樓所要求的3A、5A，住宅自動化和家庭自動化（HA）強調(diào)人們生活居住空間的協(xié)調(diào)，環(huán)境與人們生活需求的適應(yīng)和便利，主要功能集中在家庭安全報警、電話遠程控制、紅外集中遙控、自動抄表控制及小區(qū)物業(yè)管理等方面。
　　智能化住宅的重要組成是家庭控制網(wǎng)絡(luò)，它采用家庭總線系統(tǒng)（HBS）來進行各種信息的傳送，將家庭內(nèi)的各種信息通信等設(shè)備（包括安保、電話、電腦、家電、視聽等）接在總線式的共同傳輸線上，加強各設(shè)備之間相互有機聯(lián)系的同時并不限于家庭內(nèi)部，可同社會的種種功能融合起來，成為社會網(wǎng)絡(luò)的一部分，做到任何地方或任何時候都可以隨意地查詢或索取家庭內(nèi)外的各種信息。
　　家庭控制網(wǎng)絡(luò)的核心部分是HBC（家庭控制器）和IFU（接口模塊），HBC用來管理與監(jiān)控接在IFU終端下各種設(shè)備的信息傳送，同時實現(xiàn)與外部信息網(wǎng)絡(luò)的連接，而IFU則是用來實現(xiàn)家庭總線與終端之間的配接（物理電氣上的匹配和邏輯上的匹配），各種設(shè)備通過IFU與家庭總線連接，并在HBC的管理下構(gòu)成家庭總線系統(tǒng)，實現(xiàn)了家庭內(nèi)、外的信息傳送及管理。
　　3 Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制網(wǎng)絡(luò)的組成及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　?。蹋希慰偩€是美國Ｅｃｈｅｌｏｎ公司推出的一種現(xiàn)場總線，采用OSI全部七層協(xié)議，是開放式的、直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議（ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議）。核心采用神經(jīng)元芯片，內(nèi)含3個8位處理器，分別負責介質(zhì)訪問控制、網(wǎng)絡(luò)處理和應(yīng)用處理。采用專門的網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器使物理層可以使用多種介質(zhì)，如雙絞線、無線及低壓電源線載波等等。LON總線在網(wǎng)絡(luò)開放性和網(wǎng)絡(luò)互操作性等網(wǎng)絡(luò)處理能力方面具有很大的優(yōu)勢?？梢哉f，Ｌｏｎｗｏｒｋｓ開放、分布式、互操作控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是目前應(yīng)用效果最佳，前景最為看好的分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
基于Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技術(shù)的現(xiàn)場控制系統(tǒng)由Ｌｏｎｗｏｒｋｓ節(jié)點和路由器、Ｌｏｎｗｏｒｋｓ協(xié)議、Ｌｏｎｗｏｒｋｓ收發(fā)器和Ｌｏｎｗｏｒｋｓ網(wǎng)絡(luò)管理這幾個部分構(gòu)成。圖1為ＬＯＮ總線構(gòu)成的一個現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。
３．１ Ｌｏｎｗｏｒｋｓ節(jié)點及路由器Ｌｏｎｗｏｒｋｓ節(jié)點可以采用以神經(jīng)元芯片為核心的方式，即神經(jīng)元芯片加上收發(fā)器構(gòu)成一個現(xiàn)場控制節(jié)點。由于神經(jīng)元芯片功能有限，也可以采用神經(jīng)元芯片加主處理器的方式，把神經(jīng)元芯片作為通信協(xié)議處理器，用高性能的主處理器完成復(fù)雜的測控功能。
　　路由器是LON總線中一個重要的組成部分，也是其他總線所不具備的。它使現(xiàn)場總線不再受通信介質(zhì)、通信距離和通信速率的限制。
　?。常?ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議
　?。蹋铮睿裕幔欤胧荌SO組織制定的OSI開放系統(tǒng)互連參考模型的七層協(xié)議的一個子集。
　?。蹋铮睿裕幔欤?yún)f(xié)議的網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)有域（Domain）、子網(wǎng)（Subnet）、節(jié)點（Node）這3層結(jié)構(gòu)。域的結(jié)構(gòu)保證了同一通信介質(zhì)中不同域的節(jié)點之間通信彼此獨立，子網(wǎng)是一個或多個通道的邏輯分組。
　　每一個神經(jīng)元芯片有一個唯一的48位Neuron ID地址，用于網(wǎng)絡(luò)安裝和配置。
　　LonTalk協(xié)議MAC子層采用帶預(yù)測的P堅持CSMA協(xié)議實現(xiàn)沖突檢測和優(yōu)先級，帶預(yù)測的P－堅持CSMA協(xié)議。對所有節(jié)點都根據(jù)網(wǎng)絡(luò)積壓參數(shù)等待隨機時間片來訪問介質(zhì)，有效地避免了網(wǎng)絡(luò)頻繁碰撞。MAC層中提供一個可選擇的優(yōu)先級機制。該機制允許提供不同等級的服務(wù)。
　　LonTalk協(xié)議提供4種報文服務(wù)：確認服務(wù)、請求／應(yīng)答方式、非確認重發(fā)方式和非確認方式，4種方式各有優(yōu)劣，適用于不同的場合。
　　網(wǎng)絡(luò)變量是LonTalk協(xié)議中的數(shù)據(jù)項，用關(guān)鍵字Network定義，LonTalk協(xié)議定義標準網(wǎng)絡(luò)變量類型（SNVT）來實現(xiàn)應(yīng)用之間的兼容。
　　3.3 LonWorks收發(fā)器
　　LON總線的一個重要特點就是它對多通信介質(zhì)的支持。可以根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境選擇不同收發(fā)器和介質(zhì)。主要包括雙絞線收發(fā)器、電源線收發(fā)器、電力線收發(fā)器、無線收發(fā)器、光纖收發(fā)器。目前雙絞線是使用最廣泛的一種介質(zhì)。
　　3.4 LonWorks網(wǎng)絡(luò)管理
　　LON總線網(wǎng)絡(luò)管理的功能主要是網(wǎng)絡(luò)安裝、網(wǎng)絡(luò)維護、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)診斷。
　　網(wǎng)絡(luò)管理和診斷的主要報文有24種，如報文"讀存儲器"，其方向是網(wǎng)絡(luò)管理器節(jié)點，目的是讀節(jié)點的存貯單元。
　　LNS提供給用戶強大的客戶／服務(wù)器構(gòu)架，是LON總線的可互操作性基礎(chǔ)。
　　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，可以通過它對網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點和路由器進行網(wǎng)絡(luò)管理。
　　4 用LonWorks搭建家庭控制網(wǎng)絡(luò)
　　LonWorks技術(shù)在家庭控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用給小區(qū)住宅智能化帶來了全新的解決方案。采用LonWorks網(wǎng)絡(luò)使得從封閉的依賴于單個廠商的控制系統(tǒng)到完全可以互操作的家庭智能控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變成為現(xiàn)實，可以以LonWorks技術(shù)為依托，開發(fā)LonWorks兼容的能用智能控制節(jié)點，各種專用節(jié)點，以及各種智能傳感器、執(zhí)行器，搭建新一代的家庭控制網(wǎng)絡(luò)。
　　4.1 家庭控制網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
　　家庭總線的家庭智能控制系統(tǒng)是社區(qū)管理和服務(wù)系統(tǒng)的用戶終端，其間通過用戶接口單元（CIU）連接。家庭智能控制系統(tǒng)集宅內(nèi)安防、遠程抄表和家電控制于一體，有關(guān)設(shè)備都掛接在LonWorks網(wǎng)組成的家庭總線上（HBS），所有報警信號經(jīng)過智能節(jié)點的轉(zhuǎn)換和標準化，通過LonWorks網(wǎng)絡(luò)送到社區(qū)。其拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示
　?。?）系統(tǒng)構(gòu)成
　　安全防衛(wèi)系統(tǒng)：包括紅外防盜探測、煤氣泄漏及自動關(guān)閥控制、火警探測、緊急求助按鈕、門磁、劫持求助、報警信號等，所有報警信息經(jīng)過智能節(jié)點的轉(zhuǎn)換和標準化，通過LonWorks網(wǎng)絡(luò)送到社區(qū)中心監(jiān)控計算機，進行多媒體聲光報警信息提示，并實現(xiàn)報警歷史記錄、警情處理記錄的統(tǒng)計查詢，為住戶提供一個安全的居住環(huán)境。
　　遠程抄表系統(tǒng)：通過智能節(jié)點實現(xiàn)水電氣暖4表遠程電子抄表計費，杜絕入戶抄表的不安全因素和人工抄表的弊端，為住戶提供安全便捷準確的服務(wù)。
　　家電控制系統(tǒng)：業(yè)主可通過電話和智能節(jié)點或遙控器控制家電設(shè)備，也可實現(xiàn)家電的智能自動控制，如用照度探測、紅外感應(yīng)或時間表實現(xiàn)門燈、照明、空調(diào)等設(shè)備的自動控制；自動控制調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度、通風(fēng)等，為住戶提供舒適便利的家居環(huán)境。
　?。?）用戶接口單元
　　用戶接口單元是HFC采用光纖和有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的寬帶接入技術(shù)網(wǎng)連接用戶終端設(shè)備的接口。它從HFC接收視頻、數(shù)據(jù)、話音的混合信號，經(jīng)它分成兩份，一路由同軸電纜輸出有線電視信號和視頻信號至用戶的STB和TV；另一路射頻話音、數(shù)據(jù)信號解調(diào)后，送電話等其它家電設(shè)備，同時接收IHC所采集的四表數(shù)據(jù)和各類報警信號。
　　（3）智能家庭控制器
　　智能家庭控制器（IHC）基于LonWorks技術(shù)構(gòu)成的，它既可完成電表、煤氣表、冷熱水表等數(shù)據(jù)的采集、傳輸，又可通過紅外、氣漏等傳感器等進行安全報警。通過LonWorks節(jié)點的DO口，還可以實現(xiàn)對家電、照明等設(shè)備的控制，對室內(nèi)的溫、濕度進行檢測。例如：
　　——溫度檢測 測當前室內(nèi)溫度值，該值被送給空調(diào)機組，該值與設(shè)定值的差值送給空調(diào)末端設(shè)備控制器。
　　——濕度檢測 測當前室內(nèi)溫度值，并在液晶顯示器上顯示。
　　——家電控制 控制家電開合。
　　——燈光控制 控制室內(nèi)燈具的開關(guān)及照明度。
　　——集中空調(diào)末端控制
　　這里每戶一個Lonworks節(jié)點，通信和控制功能均由該節(jié)點實現(xiàn)，即使某一節(jié)點被切斷，整個網(wǎng)絡(luò)照常工作。
　　4.2 Lonworks家庭控制網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點
　?。?）實現(xiàn)真正的多網(wǎng)合一
基于LonWorks的控制網(wǎng)絡(luò)做到多網(wǎng)合一，物理上只有一條通道，大大簡化系統(tǒng)走線。
　　（2）分布式無中心控制。
LonWorks網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，每個節(jié)點都能完成控制和通訊功能，部分節(jié)點不會影響系統(tǒng)穩(wěn)定。
　?。?）易擴充、易組態(tài)
LonWorks在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的自由拓撲特性及軟件設(shè)計上的完全面向?qū)ο笫蛊湟讛U充、易組態(tài)。
　?。?）產(chǎn)品開發(fā)方便、有效
　　5 結(jié)束語
　　基于LonWorks平臺開發(fā)的家庭智能控制系統(tǒng)是實現(xiàn)小區(qū)住宅智能化的潮流選擇，是家庭控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。文中提到的基于HFC的家庭控制網(wǎng)絡(luò)更是一種真正一體化的控制網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)、布線、安裝和維護等都有優(yōu)勢。
　　參考文獻：
［１］ＬＯＮ網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及應(yīng)用·西安電子科技大學(xué)出版社，1999
［２］王錦標·現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)·微計算機信息，1996，12（6），8～16
［３］王希之·關(guān)于現(xiàn)場總線·工業(yè)儀表與自動化裝置，1997（1），49～５１