基于LonWorks總線(xiàn)的智能家居系統設計

摘要：提出了一種基于LonWorks現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的智能家居系統的設計方案。該方案將LonWorks總線(xiàn)技術(shù)應用于智能家居系統，系統中的控制和采集節點(diǎn)由單片機和神經(jīng)元芯片組成，單片機作為主控制器，神經(jīng)元芯片作為通信協(xié)議處理器和上位機進(jìn)行通信。
關(guān)鍵詞：LonWorks總線(xiàn)；智能家居；智能節點(diǎn)；單片機

0 引言
智能家居以住宅作為平臺，綜合利用計算機、網(wǎng)絡(luò )通信、家電控制、綜合布線(xiàn)等技術(shù)，將家庭智能控制、信息交換、安防監控等家居生活有效結合起來(lái)，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公司推出的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，該總線(xiàn)可為智能控制系統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(jiàn)的I／O控制對象。Lon Works網(wǎng)絡(luò )采用分布式結構，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )上節點(diǎn)相互通信。LonWorks作為一種開(kāi)放、互操作、全數字的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，以實(shí)時(shí)性好、靈活性好、可靠性高等特點(diǎn)，贏(yíng)得了相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)商、研究機構和用戶(hù)的青睞，得到了極為廣泛的應用。LonWorks產(chǎn)品中的的電力線(xiàn)收發(fā)器不需要另外布線(xiàn)，可使各種設備組成智能網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據測控與通信，而且組網(wǎng)維護十分方便。所以，本文采用LonWorks現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)來(lái)設計智能家居系統。

1 系統架構
智能家居系統的底層設備需要有數據采集、設備控制、網(wǎng)絡(luò )數據傳輸和數據處理等功能。設計時(shí)可以將智能家居系統劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò )層和應用層3個(gè)層次。
感知層包括所有搭載神經(jīng)元芯片的智能節點(diǎn)，節點(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(xiàn)，而使用現有電力線(xiàn)就能架設網(wǎng)絡(luò )，使得組網(wǎng)更方便。底層終端可以大致分為安防報警類(lèi)、環(huán)境監控類(lèi)、家電控制類(lèi)、設備管理類(lèi)等。
網(wǎng)絡(luò )層包括運行著(zhù)LNS Server軟件的服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)，服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口與LonWorks網(wǎng)絡(luò )上的設備進(jìn)行通信，并能直接對現場(chǎng)的各種設備進(jìn)行監控與管理。LNS服務(wù)器上還能建立一個(gè)Web服務(wù)器，以將數據通過(guò)Web站點(diǎn)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上去。
應用層是用戶(hù)和系統的接口，利用友好的界面完成用戶(hù)與系統的信息交互過(guò)程。用戶(hù)的終端可以是PC機、手機、平板電腦等。圖1所示是其系統總體結構圖。

2 設計方案
2．1 智能節點(diǎn)的設計
在本系統中，智能節點(diǎn)使用單片機作為主控控制器，神經(jīng)元芯片作為通信協(xié)議處理器，圖2所示是其智能節點(diǎn)的構架圖。單片機和神經(jīng)元芯片之間使用串口協(xié)議進(jìn)行通信，使用單片機作為主控制器的優(yōu)點(diǎn)在于外圍電路開(kāi)發(fā)方便，相應技術(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)和改變設備可以快速實(shí)現，網(wǎng)絡(luò )圖和數據庫的維護也比較簡(jiǎn)單。

本系統要對盡可能多的電器實(shí)現自動(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(guò)系統直接控制。所以，本設計采用其他方式進(jìn)行間接控制。本系統中的間接控制主要采用電源控制和紅外遙控。