智能樓宇安防系統論文

　　智能建筑及樓宇自動(dòng)化是近幾年興起的新領(lǐng)域，特別是近年來(lái)現代高科技和信息技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現了“將家庭中各種與信息相關(guān)的通訊設備，家用電器和家庭保安裝置通過(guò)家庭總線(xiàn)技術(shù)（HBS）連接到一個(gè)家庭智能化系統上進(jìn)行集中的或異地的監視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設施與住宅環(huán)境的和諧”的目標。

　　智能建筑應當是：“通過(guò)對建筑物的4個(gè)基本要素，即結構、系統、服務(wù)和管理，以及它們之間的內在聯(lián)系，以最優(yōu)化的設計，提供一個(gè)投資合理又擁有高效率的幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環(huán)境空間。智能建筑物能夠幫助大廈的主人，財產(chǎn)的管理者和擁有者等意識到，他們在諸如費用開(kāi)支、生活舒適、商務(wù)活動(dòng)和人身安全等方面得到最大利益的回報�！� 智能建筑的智能化其組成按其基本功能可分為三大塊：樓宇自動(dòng)化系統 BAS(Building Automation System)、辦公自動(dòng)化系統OAS(Office Automation System)和通信自動(dòng)化系統 CAS(Communication Automation System)，即“3A”系統。

　　目前，國內的樓宇自動(dòng)化系統大都采用以單片機為核心，通過(guò)串行通訊總線(xiàn)進(jìn)行系統連接并通信，這種系統在本質(zhì)上因采用了封閉式通信協(xié)議�，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統 FCS(Fieldbus Control System)因通信協(xié)議的開(kāi)放性而能很好地解決這些長(cháng)期困擾我們的問(wèn)題，它的應運而生在控制領(lǐng)域產(chǎn)生了一場(chǎng)新的革命。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)是一種串行化、數字化數據通信鏈路，它溝通了生產(chǎn)過(guò)程領(lǐng)域的基本控制設備（即場(chǎng)地級設備）之間以及與更高層次自動(dòng)控制領(lǐng)域的自動(dòng)化控制設備（即車(chē)間級設備）之間的聯(lián)系。在當前多種流行的現場(chǎng)總線(xiàn)中，LonWorks 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)異軍突起，以其優(yōu)良的性能與特點(diǎn)而迅速在樓宇自動(dòng)化系統中得到越來(lái)越多的應用。

　　1 LonWorks主要技術(shù)

　　LonWorks 總線(xiàn)主要是以美國 Echelon 公司等發(fā)起并于 1990 年正式公布推出的局部操作網(wǎng)絡(luò )（Local Operating Network），已成為在 BAS 應用中最有影響的現場(chǎng)總線(xiàn)。LonWorks 以其優(yōu)秀的分布處理能力、開(kāi)放性、互操作性、多媒介適應能力以及多網(wǎng)絡(luò )拓撲結構等特點(diǎn),適應了未來(lái)發(fā)展對測控網(wǎng)絡(luò )的要求。LonWorks 技術(shù)是用于開(kāi)發(fā)監控網(wǎng)絡(luò )系統的一個(gè)完整的技術(shù)平臺，它包含所有設計、配置和維護網(wǎng)絡(luò )所需要的技術(shù)：3120/3150 Neuron 芯片；NeuronC 編程語(yǔ)言；LonTalk 協(xié)議；LonWorks 收發(fā)器；LonBuilder 和 NodeBuilder 開(kāi)發(fā)工具等。LonWorks 網(wǎng)絡(luò )系統由智能節點(diǎn)組成，每個(gè)智能節點(diǎn)可具有多種形式的 I/O 功能，節點(diǎn)之間可通過(guò)不同的傳輸媒介進(jìn)行通信，并遵守 ISO/OSI 的七層模型協(xié)議。

　�。�1）智能節點(diǎn)

　　構成 LonWorks 控制網(wǎng)絡(luò )的 Neuron 智能節點(diǎn)由神經(jīng)元芯片、傳感器、控制設備、收發(fā)器和電源等組成。Neuron 智能節點(diǎn)分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是名為基于 Neuron芯片的節點(diǎn)，節點(diǎn)中不再出現其它處理器，它利用 Neuron 芯片完成包括通信以及用戶(hù)應用程序在內的所有工作，此類(lèi)節點(diǎn)結構簡(jiǎn)單、成本低，適用于控制功能較為簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )系統；另一類(lèi)是稱(chēng)作基于主機的節點(diǎn)，節點(diǎn)中除了 Neuron 芯片以外，還有其它的處理器，諸如單片機等，前者主要完成通信工作，后者則完成用戶(hù)的應用程序，此類(lèi)節點(diǎn)結構復雜、成本高，但可實(shí)現復雜的控制功能。圖1為基于Neuron 芯片的節點(diǎn)結構。

　�。�2）Neuron 神經(jīng)元芯片

　　Neuron 芯片是 LonWorks 技術(shù)的核心，每一個(gè)神經(jīng)芯片在制造期間被賦予一個(gè)唯一的 48位碼的標識，稱(chēng)為標識碼。它既進(jìn)行通信的管理，也同時(shí)具有輸入、輸出和控制的能力。3120 與 3150 兩大系列芯片主要由 Motorola、Toshiba、Cypress三個(gè)公司生產(chǎn)，芯片內有 3個(gè)8 位流水線(xiàn)作業(yè)的 CPU。介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制 CPU 處理LonTalk 7 層協(xié)議的第 1 到第 2 層，包括驅動(dòng)通信子系統硬件和執行 MAC 算法。網(wǎng)絡(luò ) CPU 處理 LonTalk 協(xié)議的第 3 到第 6 層，包括處理網(wǎng)絡(luò )變量尋址事務(wù)，權限證實(shí)，背景診斷，軟件計時(shí)器，網(wǎng)絡(luò )管理和路由等，同時(shí)還控制網(wǎng)絡(luò )通信端口，物理的發(fā)送和接收數據包。應用 CPU 執行用戶(hù)用 Neuron C 語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼以及用戶(hù)代碼調用的操作系統命令。3 個(gè) CPU 分別通過(guò)片內的網(wǎng)絡(luò )緩存器和應用緩存器進(jìn)行通信。新出現的低能耗芯片 MCl43120LE2FB 采用 3V工作電壓，減小了電力消耗。廣泛適用于傳感器、執行器、安全檢測器和自動(dòng)調溫器，尤其適用于建筑物內嵌的分散控制網(wǎng)絡(luò )。

　　2 系統硬件設計

　　樓宇自動(dòng)化安防系統選用兩級計算機監控系統，即由上位管理機、LonTalk適配器以及多個(gè)智能節點(diǎn)組成，節點(diǎn)數量可根據監控的需要增減，使用LonWorks 現場(chǎng)總線(xiàn)作為控制和通信網(wǎng)絡(luò )把各節點(diǎn)連接成一個(gè)分布式智能控制系統，其網(wǎng)絡(luò )結構如圖2所示。

　　家庭智能節點(diǎn)的硬件電路主要由神經(jīng)元芯片、單片機、鍵盤(pán)、LED顯示、蜂鳴器、A/D 轉換等部分組成。其中信號采集部分可由門(mén)磁開(kāi)關(guān)、微波偵測、紅外偵測、火災檢測、煙感探測等諸多類(lèi)型傳感器組成。采集到的信號送到單片機，經(jīng)分析處理產(chǎn)生現場(chǎng)聲光報警的同時(shí)，并判斷報警類(lèi)型，如果是火警類(lèi)型則顯示“F×××”，其中F表示火警，“×××”表示報警的房間號（以下同）；若為盜警則顯示“D×××”；若為緊急呼叫則顯示“B×××”；若采集信號出現故障則顯示“E×××”。若遇到需要顯示二種及以上信號時(shí)，按F×××、B×××、D×××、E×××的優(yōu)先級循環(huán)顯示報警信號。亦可依據主人設定的狀態(tài)將報警信號通過(guò)公眾電話(huà)網(wǎng)以數據或語(yǔ)音兩種方式進(jìn)行報警。

　　數據報警是在自動(dòng)撥打設定的電話(huà)后，再將報警的地址及報告碼以數據形式送出。上位機設在住戶(hù)所屬區域的報警中心，可直接將該系統通過(guò)LonWorks總線(xiàn)與之相連，構成城區報警防護網(wǎng)絡(luò )中的一部分。一旦出現緊急狀況而產(chǎn)生報警，按照先報警中心后戶(hù)主的優(yōu)先級報告家中警情。根據所傳送的數據，報警中心的計算機可立刻顯示出報警住戶(hù)的地址、警情并連同報警時(shí)間一并送至打印機打印輸出，同時(shí)將報警狀況存于計算機的硬盤(pán)中，以便日后查證。此時(shí)值班中心的值班人員可立即通知有關(guān)人員前往處理。語(yǔ)音報警則是在自動(dòng)撥打完主人設定的電話(huà)號碼后，待對方摘機，立刻播放存于語(yǔ)音芯片中的語(yǔ)音提示音，如 “家中有情況，速回”。

　　該安防節點(diǎn)可對多個(gè)防區進(jìn)行設防，系統共有居家、外出、入戶(hù)、測試、關(guān)閉五種模式，分別表示五種不同的工作模式。系統還具有進(jìn)門(mén)/出門(mén)延遲和進(jìn)出延遲區的延遲時(shí)間設定功能。該安防模塊一次最多設置四組報警電話(huà)號碼，撥不通可自動(dòng)重撥。此外，該模塊具有很強的擴展能力，具有多個(gè)模擬量、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口，用戶(hù)可根據需要增添不同采樣傳感器來(lái)擴展系統的功能。

　　安防節點(diǎn)結構框圖如圖 3所示，神經(jīng)元芯片 MC3150 是家庭安防節點(diǎn)的通信控制部分，通過(guò)它可以與住宅其它節點(diǎn)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò )，物業(yè)管理中心也是通過(guò)其向各家庭安防節點(diǎn)傳達各種控制命令。圖中單片機 8031 是安防節點(diǎn)的中心控制部分，整個(gè)單片機及其它與其相連的設備一起作為神經(jīng)元芯片的輸入輸出設備，其實(shí)這一部分也具有相對立的功能：如果神經(jīng)元芯片與 LonWorks 總線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)，那么整個(gè)安防節點(diǎn)仍具有防盜報警等功能，這時(shí)的控制完全由 8031來(lái)完成。所以該系統的可擴展升級性很強，能滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。圖中的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出及模擬量輸入/輸出用來(lái)采集各種報警信號和完成 8031 下達的控制命令。

　　3 系統程序設計

　　隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)智能設備通用性的提高和成本的降低，簡(jiǎn)單的控制任務(wù)轉移到現場(chǎng)智能節點(diǎn)中，成為現場(chǎng)控制。在基于LonWorks的樓宇自動(dòng)化安防系統中，系統的控制功能已分散到各個(gè)控制節點(diǎn)，控制節點(diǎn)在監控計算機、通信鏈路和其它節點(diǎn)出現故障的情況下均能安全地工作，提高系統的可靠性。安防系統的智能節點(diǎn)主要完成兩個(gè)任務(wù)：一是檢測信號的測量；二是監控計算機和智能節點(diǎn)的信息交換，包括安防系統的智能節點(diǎn)檢測到的信號、自身的運行狀態(tài)和監控計算機發(fā)出的控制命令。各控制節點(diǎn)的應用程序采用Neuron C語(yǔ)言編寫(xiě)，并使用NodeBuilder節點(diǎn)開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行調試。

　　Neuron C任務(wù)調度是事件驅動(dòng)：當一個(gè)給定事件發(fā)生的條件為真時(shí)，與該事件關(guān)聯(lián)的一段代碼(稱(chēng)為任務(wù))被執行。事件是通過(guò)When語(yǔ)句來(lái)定義的，一個(gè)When語(yǔ)句包含一個(gè)表達式，當表達式為真時(shí)，則表達式后面的任務(wù)被執行。智能節點(diǎn)的主程序流程圖如圖4。

　　LonWorks網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)間可以實(shí)現點(diǎn)到點(diǎn)的信息傳輸，具有極其良好的互操作性，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現了無(wú)中心的真正的分布式控制系統，與傳統的集散控制系統相比較，大大提高了系統的安全性和可靠性;減少了與一次元件相連的模件的型號品種的數量和大量的連接電纜，降低了系統材料、安裝、維護等費用。

　　在實(shí)時(shí)控制方面，實(shí)現了可相互操作的現場(chǎng)總線(xiàn)LonWorks的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的通信協(xié)議LonTalk，為樓宇自動(dòng)化安防系統中的傳感器、執行器和控制器之間網(wǎng)絡(luò )化操作奠定了基礎。

　　采用分布式模塊化結構，組成局域通信網(wǎng)絡(luò )，系統適應性強，組態(tài)靈活，擴充容易，網(wǎng)絡(luò )規�？梢愿鶕�需要進(jìn)行調整。

　　系統采用大量靈敏度高、響應速度快的傳感器和先進(jìn)的檢測手段，可有效地防止漏報，實(shí)現準確報警，確保建筑物的安全和對建筑物的科學(xué)管理。

　　4 結束語(yǔ)

　　LonWorks網(wǎng)絡(luò )非常容易與其他網(wǎng)絡(luò )實(shí)現互連，可以實(shí)現遠程操作和控制。Lonworks開(kāi)放式、可互操作性、成熟和低成本的特點(diǎn)， LonWorks國際標準的制定，更加推動(dòng)了它的發(fā)展與應用。在智能樓宇安防系統中使用LonWorks總線(xiàn)技術(shù)使控制器對控制點(diǎn)實(shí)現了分樓層檢測、控制和報警，提高了系統內部的通信速率、實(shí)時(shí)性；降低了誤碼傳送率，更好地保證智能建筑的安全性和智能化。

　　參考文獻

　　[1]陽(yáng)憲惠.現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其應用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999

　　[2]凌志浩.樓宇自動(dòng)化系統與LonWorks 網(wǎng)絡(luò )[J].自動(dòng)化儀表，1999，20（5）

　　[3]夏德海.現場(chǎng)總線(xiàn)的現狀及應用[J].中國儀器儀表，1998，（3）

　　[4]張振昭,許錦標,萬(wàn) 頻.樓宇自動(dòng)化技術(shù)[M].北京機械工業(yè)出版社,1999

　　[5]謝凌廣. LonWorks 技術(shù)在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域的應用[J].微計算機信息，2001

【智能樓宇安防系統論文】相關(guān)文章：

智能樓宇監控系統論文01-02

安防監控系統調試報告06-09

安防監控系統施工組織方案07-14

安防系統技術(shù)崗位職責01-11

智能安防工程網(wǎng)絡(luò )及硬件采購合同12-20

安防監控系統改造項目可研報告05-31

大型企業(yè)安防監控系統設計方案03-17

樓宇智能化專(zhuān)業(yè)學(xué)生畢業(yè)實(shí)習報告07-02

談安卓系統的測量軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)論文（精選6篇）04-29

防溺水防溺水安03-15