摘 要：分析住宅小區(qū)智能化區(qū)別于智能大樓的特點(diǎn)，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(duì)控制系統(tǒng)的要求，介紹了Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，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(chǎng)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(guó)建成投入使用以來(lái)，智能大樓在許多國(guó)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(lái)很多便利，同時(shí)住宅、樓棟和小區(qū)的智能化也成為適應(yīng)人們對(duì)生活水平和生活質(zhì)量需要的必然趨勢(shì)。 　　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(shí)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(diǎn)，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(biāo)也不一致。不同于智能大樓所要求的3A、5A，住宅自動(dòng)化和家庭自動(dòng)化（HA）強(qiáng)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(bào)警、電話遠(yuǎn)程控制、紅外集中遙控、自動(dòng)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(lái)進(jìn)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(qiáng)各設(shè)備之間相互有機(jī)聯(lián)系的同時(shí)并不限于家庭內(nèi)部，可同社會(huì)的種種功能融合起來(lái)，成為社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的一部分，做到任何地方或任何時(shí)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(lái)管理與監(jiān)控接在IFU終端下各種設(shè)備的信息傳送，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與外部信息網(wǎng)絡(luò)的連接，而IFU則是用來(lái)實(shí)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(shí)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(guó)Ｅｃｈｅｌｏｎ公司推出的一種現(xiàn)場(chǎng)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(gè)8位處理器，分別負(fù)責(zé)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(wú)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(shì)?？梢哉f(shuō)，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(chǎng)控制系統(tǒng)由Ｌｏｎｗｏｒｋｓ節(jié)點(diǎn)和路由器、Ｌｏｎｗｏｒｋｓ協(xié)議、Ｌｏｎｗｏｒｋｓ收發(fā)器和Ｌｏｎｗｏｒｋｓ網(wǎng)絡(luò)管理這幾個(gè)部分構(gòu)成。圖1為ＬＯＮ總線構(gòu)成的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。 ３．１ Ｌｏｎｗｏｒｋｓ節(jié)點(diǎn)及路由器Ｌｏｎｗｏｒｋｓ節(jié)點(diǎn)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(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制節(jié)點(diǎn)。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(cè)控功能。 　　路由器是LON總線中一個(gè)重要的組成部分，也是其他總線所不具備的。它使現(xiàn)場(chǎng)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 　　ＬｏｎＴａｌｋ是ISO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(gè)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(diǎn)（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(diǎn)之間通信彼此獨(dú)立，子網(wǎng)是一個(gè)或多個(gè)通道的邏輯分組。 　　每一個(gè)神經(jīng)元芯片有一個(gè)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(cè)的P堅(jiān)持CSMA協(xié)議實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)和優(yōu)先級(jí)，帶預(yù)測(cè)的P－堅(jiān)持CSMA協(xié)議。對(duì)所有節(jié)點(diǎn)都根據(jù)網(wǎng)絡(luò)積壓參數(shù)等待隨機(jī)時(shí)間片來(lái)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(gè)可選擇的優(yōu)先級(jí)機(jī)制。該機(jī)制允許提供不同等級(jí)的服務(wù)。 　　LonTalk協(xié)議提供4種報(bào)文服務(wù)：確認(rèn)服務(wù)、請(qǐng)求／應(yīng)答方式、非確認(rèn)重發(fā)方式和非確認(rèn)方式，4種方式各有優(yōu)劣，適用于不同的場(chǎng)合。 　　網(wǎng)絡(luò)變量是LonTalk協(xié)議中的數(shù)據(jù)項(xiàng)，用關(guān)鍵字Network定義，LonTalk協(xié)議定義標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類型（SNVT）來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用之間的兼容。 　　3.3 LonWorks收發(fā)器 　　LON總線的一個(gè)重要特點(diǎn)就是它對(duì)多通信介質(zhì)的支持?？梢愿鶕?jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)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(wú)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(hù)、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(bào)文有24種，如報(bào)文"讀存儲(chǔ)器"，其方向是網(wǎng)絡(luò)管理器節(jié)點(diǎn)，目的是讀節(jié)點(diǎn)的存貯單元。 　　LNS提供給用戶強(qiáng)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(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以通過它對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)和路由器進(jìn)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(lái)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(gè)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(shí)，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(diǎn)，各種專用節(jié)點(diǎn)，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?fù)浣Y(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(yuǎn)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(bào)警信號(hào)經(jīng)過智能節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化，通過LonWorks網(wǎng)絡(luò)送到社區(qū)。其拓?fù)浣Y(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(cè)、煤氣泄漏及自動(dòng)關(guān)閥控制、火警探測(cè)、緊急求助按鈕、門磁、劫持求助、報(bào)警信號(hào)等，所有報(bào)警信息經(jīng)過智能節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化，通過LonWorks網(wǎng)絡(luò)送到社區(qū)中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)，進(jìn)行多媒體聲光報(bào)警信息提示，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警歷史記錄、警情處理記錄的統(tǒng)計(jì)查詢，為住戶提供一個(gè)安全的居住環(huán)境。 　　遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)：通過智能節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)水電氣暖4表遠(yuǎn)程電子抄表計(jì)費(fèi)，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(zhǔn)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(diǎn)或遙控器控制家電設(shè)備，也可實(shí)現(xiàn)家電的智能自動(dòng)控制，如用照度探測(cè)、紅外感應(yīng)或時(shí)間表實(shí)現(xiàn)門燈、照明、空調(diào)等設(shè)備的自動(dòng)控制；自動(dòng)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(hào)，經(jīng)它分成兩份，一路由同軸電纜輸出有線電視信號(hào)和視頻信號(hào)至用戶的STB和TV；另一路射頻話音、數(shù)據(jù)信號(hào)解調(diào)后，送電話等其它家電設(shè)備，同時(shí)接收IHC所采集的四表數(shù)據(jù)和各類報(bào)警信號(hào)。 　　（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(jìn)行安全報(bào)警。通過LonWorks節(jié)點(diǎn)的DO口，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家電、照明等設(shè)備的控制，對(duì)室內(nèi)的溫、濕度進(jìn)行檢測(cè)。例如： 　　——溫度檢測(cè) 測(cè)當(dāng)前室內(nèi)溫度值，該值被送給空調(diào)機(jī)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(cè) 測(cè)當(dāng)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(gè)Lonworks節(jié)點(diǎn)，通信和控制功能均由該節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，即使某一節(jié)點(diǎn)被切斷，整個(gè)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(diǎn) 　?。?）實(shí)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(jiǎn)化系統(tǒng)走線。 　?。?）分布式無(wú)中心控制。 LonWorks網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能完成控制和通訊功能，部分節(jié)點(diǎn)不會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定。 　　（3）易擴(kuò)充、易組態(tài) LonWorks在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的自由拓?fù)涮匦约败浖O(shè)計(jì)上的完全面向?qū)ο笫蛊湟讛U(kuò)充、易組態(tài)。 　?。?）產(chǎn)品開發(fā)方便、有效 　　5 結(jié)束語(yǔ) 　　基于LonWorks平臺(tái)開發(fā)的家庭智能控制系統(tǒng)是實(shí)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(hù)等都有優(yōu)勢(shì)。 　　參考文獻(xiàn)： ［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(biāo)·現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)·微計(jì)算機(jī)信息，1996，12（6），8～16 ［３］王希之·關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)總線·工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，1997（1），49～５１