智能樓宇協(xié)議設(shè)計(jì)需求分析報(bào)告VIP

需求分析報(bào)告1.引言1.1目的隨著社會(huì)發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來越快，人們對生活環(huán)境和生活質(zhì)量的要求越來越高，尤其是在自己生活的房子中，人們更加希望生活在一個(gè)舒適、方便、安全、信息化的樓宇中。所以許多公司著力研究智能樓宇的開發(fā)，在建筑物的內(nèi)部，將信息技術(shù)和建筑技術(shù)從分的結(jié)合在一起，進(jìn)而產(chǎn)生了“樓宇的智能化”。本文提吃了智能樓宇通信協(xié)議的設(shè)計(jì)，目的是視聽監(jiān)控，燃?xì)狻囟?、濕度、電、水等的檢測并在較大程度上減小由于設(shè)備監(jiān)控或設(shè)備之間協(xié)調(diào)問題所帶來的問題。1.2系統(tǒng)的簡單介紹本課題研究的是某一個(gè)虛擬的居民住房，樓房共十層（地下1層、地上9層）。樓層主要有住房和娛樂活動(dòng)房間組成。本課題需要對居民樓房進(jìn)行智能化的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后居民樓將實(shí)現(xiàn)樓宇設(shè)備的自動(dòng)化控制，達(dá)到對樓宇內(nèi)的水、電、氣流量、溫度、濕度以及安全等進(jìn)行監(jiān)測、控制和科學(xué)管理以實(shí)現(xiàn)舒適、安全、高效、節(jié)能的目的，并使設(shè)備損耗降低，延長使用壽命。1.3相關(guān)名詞定義名詞解釋數(shù)據(jù)流程圖數(shù)據(jù)流程圖表示求解某一問題的數(shù)據(jù)通路。同時(shí)規(guī)定了處理的主要階段和所用的各種數(shù)據(jù)媒體。數(shù)據(jù)流程圖包括：1.指明數(shù)據(jù)存在的數(shù)據(jù)符號，這些數(shù)據(jù)符號也可指明該數(shù)據(jù)所使用的媒體。2.指明對數(shù)據(jù)執(zhí)行處理的處理符號，這些符號也可指明該處理所用到的機(jī)器功能。3.指明幾個(gè)處理和（或）數(shù)據(jù)媒體之間的數(shù)據(jù)流的流線符號。4.便于讀、寫數(shù)據(jù)流程圖的特殊符號。在處理符號的前后都應(yīng)是數(shù)據(jù)符號。數(shù)據(jù)流程圖以數(shù)據(jù)符號開始和結(jié)束功能圖是一種能全面地描述信息系統(tǒng)邏輯模型的主要工具，它可以用少數(shù)幾種符號綜合地反映出信息在系統(tǒng)中的流動(dòng)、處理和存儲情況。圖例說明是一種描述系統(tǒng)內(nèi)各單位、人員之間業(yè)務(wù)關(guān)系、作業(yè)順序和管理信息流向的圖表，利用它可以幫助分析人員找出業(yè)務(wù)流程中的不合流理向。數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲是一種對深入挖掘用戶需求，得出數(shù)據(jù)分析的存儲過程。是對整個(gè)數(shù)據(jù)的中間結(jié)果以及最終結(jié)果的存儲。數(shù)據(jù)傳遞數(shù)據(jù)傳遞是處于整個(gè)規(guī)定了的所有數(shù)據(jù)媒體的中間產(chǎn)物的傳遞。2.任務(wù)概述2.1目的（1）視聽監(jiān)控；（2）實(shí)時(shí)獲得溫濕度具體數(shù)據(jù)（500ms獲取一次），超出正常范圍發(fā)出警告；（3）溫度監(jiān)控；（4）火災(zāi)和紅外報(bào)警響；（5）監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)連接情況。2.2樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)對控制網(wǎng)絡(luò)的需求樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其控制網(wǎng)絡(luò)則是控制系統(tǒng)的骨干和靈魂。樓宇自動(dòng)化對控制網(wǎng)絡(luò)的要求主要有以下幾個(gè)方面：①技術(shù)先進(jìn)性：當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代。為了延長建筑物及其設(shè)備的壽命，在可能的情況下盡可能采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。目前在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域中，最先進(jìn)的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。②集成一體化協(xié)調(diào)運(yùn)作：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)主要的監(jiān)控對象一般是供熱、通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明、電梯、變配電、安全、消防及計(jì)量管理。這些子系統(tǒng)應(yīng)該得到充分的集成，做到信息共享，統(tǒng)一管理，以及各子系統(tǒng)的一體化協(xié)調(diào)，使系統(tǒng)安全、節(jié)能、高效、有利于設(shè)備的集中化管理，便于維護(hù)。③開放性和互操作性：由于受到樓宇設(shè)備多樣化、技術(shù)復(fù)雜性和市場競爭各方面的影響，為了達(dá)到最優(yōu)的組合和最好的性能價(jià)格化，往往需要不同廠家的產(chǎn)品組成一個(gè)樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)。因此，樓宇自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是具備開放性和互操作性的，這就要求允許不同廠家的產(chǎn)品能夠連接到同一系統(tǒng)中協(xié)調(diào)運(yùn)作；否則的話，將給系統(tǒng)的維護(hù)、擴(kuò)展和更新帶來無窮的麻煩。要達(dá)到具備良好的開放性和互操作性這一點(diǎn)，就要求控制網(wǎng)絡(luò)采用當(dāng)前國際上的主流標(biāo)準(zhǔn)。在智能建筑控制方面，由于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織遲遲未定出關(guān)于樓宇自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，所以目前尚未有一個(gè)國際統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前在該領(lǐng)域有兩種技術(shù)應(yīng)用最為廣泛：一是美國供熱制冷與空調(diào)工程師協(xié)會(huì)制定的BACnet標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；二是Echlon公司提出的LonWorks總線技術(shù)。系統(tǒng)特點(diǎn)（1）實(shí)用性：對智能樓宇的用戶來說,最關(guān)心的是系統(tǒng)的實(shí)用性,所以需要去掉那些華而不實(shí)，用戶極少使用的功能,而保留用戶迫切需要且符合人們使用習(xí)慣的功能。在設(shè)計(jì)智能樓宇系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)用戶的客觀實(shí)際需求，綜合上一節(jié)所介紹的最實(shí)用最基本的智能樓宇系統(tǒng)功能：包括智能家電、環(huán)境監(jiān)測、安防報(bào)警、遠(yuǎn)程抄表、智能燈光控制等。而不是堆積各種各樣繁瑣復(fù)雜的功能，這只會(huì)讓用戶厭煩而產(chǎn)生排斥心理。（2）可靠性：為保證整個(gè)建筑各個(gè)智能子系統(tǒng)的正常運(yùn)行，智能樓宇系統(tǒng)往往需要二十四小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。而且智能樓宇系統(tǒng)是給普通人們使用的，與人們的生活息息相關(guān)，誤操作和不恰當(dāng)設(shè)置在所難免，因此智能樓宇系統(tǒng)要充分考慮到可靠性和容錯(cuò)性，具備應(yīng)對各種復(fù)雜環(huán)境變化和不當(dāng)操作的能力。（3）標(biāo)準(zhǔn)化：一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不能只看到當(dāng)前的需求，而且要考慮到未來的需求和發(fā)展趨勢。智能樓宇系統(tǒng)同樣如此,不同場合有不同的需求，而且隨著技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，各種新的功能和設(shè)備將會(huì)不斷的增加和升級更新。因此在設(shè)計(jì)之初，就要采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。如系統(tǒng)傳輸上采用標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；各模塊和終端釆用標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)；系統(tǒng)前端采用開放性和可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)。使系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展性和兼容性，保證不同設(shè)備廠商之間可以互通互聯(lián)，以適應(yīng)未來的發(fā)展。2.4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成分析目前在BAS中，廣泛采用的控制系統(tǒng)仍是DCS，但隨著FCS的出現(xiàn)與發(fā)展，必將會(huì)逐步改變這種現(xiàn)狀。將FCS與DCS結(jié)合應(yīng)用，是現(xiàn)階段值得推薦的一種作法。即一方面在大型建筑中采用集散控制的體系結(jié)構(gòu)，另一方面在現(xiàn)場執(zhí)行級采用現(xiàn)場總線控制技術(shù)，如LonWorks、BACnet、Profibus等等。DCS具有豐富集中的監(jiān)控管理功能，而FCS可以實(shí)現(xiàn)信號串行雙向快速傳輸，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，且有利于系統(tǒng)的組織與集成。利用現(xiàn)場總線技術(shù)的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由此可見，將FCS與DCS結(jié)合應(yīng)用集中了兩種系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)，從而進(jìn)一步完善了整個(gè)系統(tǒng)的控制、管理、決策等功能功能需求3.1系統(tǒng)功能（1）能實(shí)時(shí)監(jiān)測用戶室內(nèi)的溫度、濕度、有害氣體的變化。（2）具有報(bào)警及處理功能。報(bào)警源包括用戶室內(nèi)環(huán)境異常（如煤氣泄漏，出現(xiàn)火災(zāi)等），也包括室外監(jiān)控報(bào)警（如電梯故障，視頻監(jiān)控報(bào)警等）。系統(tǒng)在警情處理模塊上應(yīng)該有多種方式，使用戶可以有多種選擇來處理警情。例如，普通的聲光報(bào)警、或者是通過無線網(wǎng)絡(luò)向值班人員發(fā)送短消息或電話直接報(bào)警等等。此外，系統(tǒng)還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)以報(bào)警響應(yīng)為核心的集中式聯(lián)動(dòng)控制。從而做到發(fā)現(xiàn)警情能夠及時(shí)處理，以實(shí)現(xiàn)真正的無人職守。（3）能實(shí)時(shí)顯示小區(qū)內(nèi)各視頻監(jiān)控現(xiàn)場的圖像。（4）防火功能。通過煙霧傳感器，能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的產(chǎn)生。3.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖主要數(shù)據(jù)流包括：（1）對用戶水、電、氣表信息的采集數(shù)據(jù)。（2）各安全監(jiān)測傳感器（如火災(zāi)監(jiān)控、有害氣體（多為煤氣）等）所產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。（3）視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)。其中水、電、氣控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流處理如圖1所示：圖1監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流系統(tǒng)性能需求對系統(tǒng)提出的具體性能要求如下：（1）室內(nèi)環(huán)境檢測數(shù)據(jù)可靠傳輸，若產(chǎn)生報(bào)警信號應(yīng)立即響應(yīng)。（2）視頻信號在網(wǎng)絡(luò)不擁塞的情況下，其傳輸延遲應(yīng)該盡量小。（3）系統(tǒng)可以長時(shí)間的穩(wěn)定工作，不出現(xiàn)系統(tǒng)級的事故。面向智能樓宇協(xié)議總體設(shè)計(jì)LonTalk協(xié)議概述LonWorks協(xié)議稱為LonTalk協(xié)議和ANSI/EIA709.1控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，是LonWorks系統(tǒng)的核心。該協(xié)議提供一系列通信服務(wù)，使得一個(gè)設(shè)備的應(yīng)用程序可以在不了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、名稱、地址或其它設(shè)備功能的情況下發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備報(bào)文。LonTalk協(xié)議能提供端到報(bào)文確認(rèn)、報(bào)文認(rèn)證、打包業(yè)務(wù)和優(yōu)先傳送服務(wù)，提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的支持，并允許遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理工具與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行交互。LonTalk協(xié)議遵循由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義的開放系統(tǒng)互連（OSI）模型。它提供了OSI參考模型所定義的全部七層服務(wù)，支持靈活尋址。為了確保滿足控制網(wǎng)絡(luò)的可靠和魯棒的通信標(biāo)準(zhǔn)，LonTalk協(xié)議為控制應(yīng)用提供了一個(gè)高可靠、高性能、高抗干擾性的通信機(jī)制。表1給出了對應(yīng)七層OSI參考模型的LonTalk協(xié)議為每層提供的服務(wù)[1]。表1所示層次OSI層次服務(wù)Lonworks提供的服務(wù)7應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)類型6表示層數(shù)據(jù)表示網(wǎng)絡(luò)變量、外部幀傳輸5會(huì)話層遠(yuǎn)程遙控請求/響應(yīng)、認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)管理4傳輸層端到端可好傳輸應(yīng)答、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸3網(wǎng)絡(luò)層傳輸分組地址、路由2數(shù)據(jù)鏈路層LLC層幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)、CRC校驗(yàn)MAC層介質(zhì)訪問CSMA、優(yōu)先級1物理層電路連接介質(zhì)、電氣接口物理信道LonTalk協(xié)議支持以不同通信介質(zhì)分段的網(wǎng)絡(luò)，它支持的介質(zhì)包括雙絞線、電力線、無線、紅外線、同軸電纜和光纖。每個(gè)LonWorks節(jié)點(diǎn)都需要物理地連接到信道（Channel）上，信道是數(shù)據(jù)包的物理傳輸介質(zhì)；LonWorks網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)或多個(gè)信道組成。不同信道通過路由器相互連接，路由器是連接兩個(gè)信道，并控制兩個(gè)信道之間數(shù)據(jù)包傳送的器件，路由器有四種不同的安裝算法：配置路由器(ConfiguredRouter)、自學(xué)習(xí)路由器(LearningRouter)、網(wǎng)橋(Bridge)和重復(fù)器(Repeater)?？梢匀芜x一種算法來安裝路由器。由網(wǎng)橋或重復(fù)器連接的信道的集合稱為段(Segment)。節(jié)點(diǎn)可以看見相同段上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的包[2]。而智能路由器(配置路由器和自學(xué)習(xí)路由器)則根據(jù)設(shè)置決定是否將數(shù)據(jù)包繼續(xù)向前傳送。故可用來分離段中的網(wǎng)絡(luò)交通，從而增加整個(gè)相同的容量和可靠性。LonTalk協(xié)議的尋址方式LonTalk協(xié)議地址唯一地確定了LonTalk數(shù)據(jù)包的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)（可以是一個(gè)或兩個(gè)節(jié)點(diǎn)）的地址。LonTalk協(xié)議定義了一種使用域（domain）、子網(wǎng)（subnet）和節(jié)點(diǎn)（node）的分級編址方式。使用這種方式編址，替換網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)變得非常簡單，只需將替代節(jié)點(diǎn)的地址編成與原節(jié)點(diǎn)一致，不需進(jìn)行其他任何修改。為了便于進(jìn)一步對多個(gè)分散的節(jié)點(diǎn)尋址，LonTalk協(xié)議還定義了另外一類使用域和組（group）地址的尋址方式。圖1為LonTalk分層編址示意圖。圖1所示域地址：域是一個(gè)或多個(gè)信道上節(jié)點(diǎn)的邏輯集合，通信只能在配置為相同域的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，因此一個(gè)域便形成一個(gè)實(shí)際意義上的網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)域有其唯一的域ID標(biāo)識，域ID可以配置為0B-6B。子網(wǎng)地址：子網(wǎng)是同一個(gè)域中至多有127個(gè)節(jié)點(diǎn)的邏輯集合，子網(wǎng)標(biāo)識碼配置為8位，一個(gè)子網(wǎng)最多可有127個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)域最多可有255個(gè)子網(wǎng)。子網(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)必須在同一信道上，并且子網(wǎng)不能跨越智能路由器。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)屬于兩個(gè)域，該節(jié)點(diǎn)必須屬于每個(gè)域中的一個(gè)子網(wǎng)。節(jié)點(diǎn)地址：一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)被賦予該子網(wǎng)內(nèi)的唯一的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識碼。節(jié)點(diǎn)標(biāo)識碼為7位，每個(gè)子網(wǎng)最多可以有127個(gè)節(jié)點(diǎn)。一個(gè)域中最多可以有32385個(gè)節(jié)點(diǎn)(255×127)。組地址：組是一個(gè)域中節(jié)點(diǎn)的邏輯集合，與子網(wǎng)不同的是節(jié)點(diǎn)可以任意分布而不用考慮它們在域中的物理位置，組還可以跨越任意的信道、路由器或網(wǎng)橋等。使用組地址可以有效地使用網(wǎng)絡(luò)帶寬來進(jìn)行一對多的網(wǎng)絡(luò)變量和報(bào)文標(biāo)簽的連接。組地址可以由長度為1B的組號來標(biāo)識，一個(gè)域最多可以有255個(gè)組[2]。LonTalk協(xié)議的消息服務(wù)類型針對可靠性及有效性，LonTalk協(xié)議提供以下4種消息服務(wù)類型：（1）應(yīng)答服務(wù)(ACKD)應(yīng)答服務(wù)也被稱為端對端的應(yīng)答服務(wù)，它是最可靠的服務(wù)類型。當(dāng)消息發(fā)送到一個(gè)節(jié)點(diǎn)或一組節(jié)點(diǎn)時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將等待所有應(yīng)收到該消息的節(jié)點(diǎn)發(fā)回應(yīng)答。如果發(fā)送節(jié)點(diǎn)在預(yù)定的某個(gè)時(shí)間內(nèi)未收到所有應(yīng)收應(yīng)答，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)時(shí)間溢出，并重發(fā)該消息。重發(fā)消息的次數(shù)以及時(shí)間溢出值可選擇設(shè)定。應(yīng)答由網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)生，應(yīng)用處理器不必過問。（2）請求/響應(yīng)服務(wù)(Request/Response)請求/響應(yīng)服務(wù)也是最可靠的服務(wù)類型。當(dāng)請求消息發(fā)送到一個(gè)節(jié)點(diǎn)或一組節(jié)點(diǎn)時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)等待所有收到該消息的節(jié)點(diǎn)發(fā)回響應(yīng)。同樣，它也有時(shí)間溢出值以及重發(fā)次數(shù)可選擇設(shè)定。響應(yīng)可包括數(shù)據(jù)，所以這種服務(wù)類型特別適合遠(yuǎn)程過程調(diào)用或客戶/服務(wù)器(Client/Server)應(yīng)用。（3）重發(fā)服務(wù)重發(fā)服務(wù)(UNACKD_RPT)也被稱為非應(yīng)答重發(fā)服務(wù)，它的可靠性較應(yīng)答服務(wù)為低。某個(gè)消息被多次發(fā)往一個(gè)節(jié)點(diǎn)或一組節(jié)點(diǎn)，無應(yīng)答或響應(yīng)。當(dāng)對大的節(jié)點(diǎn)組廣播時(shí)，為避免接收過多響應(yīng)造成網(wǎng)絡(luò)過載，通常采用該服務(wù)類型。（4）非應(yīng)答服務(wù)非應(yīng)答(UNACKD)服務(wù)可靠性最差。某個(gè)消息一次性發(fā)往一個(gè)或一組節(jié)點(diǎn)，無應(yīng)答或響應(yīng)。當(dāng)需要極高的傳送速率或大量的數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，通常采用這種服務(wù)類型。不過，采用該服務(wù)類型應(yīng)用程序無法知道發(fā)出的消息是否丟失，又無重發(fā)機(jī)制，所以它的可靠性是最低的。（5）沖突LonTalk協(xié)議使用其獨(dú)有的沖突避免算法，稱為帶預(yù)測的P—堅(jiān)持CSMA(PredictiveP-PresistentCSMA)算法。該算法具有在過載的情況下信道仍然能通過接近最大能力的負(fù)載，而不會(huì)由于過多的沖突而使通過量降低。當(dāng)使用支持硬件沖突檢測的通信介質(zhì)(如雙絞線)時(shí)，只要收發(fā)器檢測到?jīng)_突的發(fā)生，LonTalk協(xié)議可以有選擇地取消數(shù)據(jù)包的傳輸。它允許降低立刻重新發(fā)送被沖突破壞的包。若沒有沖突檢測，假定使用的服務(wù)為確認(rèn)或請求/響應(yīng)服務(wù)，節(jié)點(diǎn)將不得不等待到重試時(shí)間結(jié)束，才能知道節(jié)點(diǎn)沒有接收到目的節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)，這時(shí)，節(jié)點(diǎn)才重發(fā)該數(shù)據(jù)包。對于非確認(rèn)服務(wù)，未檢測到的沖突意味著包沒有被接收到并且不作任何重試。（6）優(yōu)先級LonTalk協(xié)議通過提供優(yōu)先服務(wù)機(jī)制以改善對重要消息包的響應(yīng)時(shí)間。協(xié)議允許用戶在信道上分配優(yōu)先級時(shí)隙(PrioritytimeSlots)，它專門用于具有優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)。信道上的每個(gè)優(yōu)先級時(shí)隙對每個(gè)消息的發(fā)出額外附加有一定的時(shí)間(最小為2比特時(shí)間)，從而換取一定的帶寬供信道上實(shí)現(xiàn)無競爭的優(yōu)先訪問。附加的時(shí)間值大小與比特速率、振蕩器的精度以及收發(fā)器的需求有關(guān)。例如：信道上所有節(jié)點(diǎn)使用TP/XF1250雙絞線收發(fā)器(速率為1.25Mbps)，振蕩器的頻率精度≤0.2％，每個(gè)優(yōu)先級時(shí)隙寬為30比特時(shí)間。由于不存在競爭，配置優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)相對于無優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間要好得多。優(yōu)先級與沖突檢測的結(jié)合將獲得更優(yōu)的響應(yīng)時(shí)間。為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配優(yōu)先級時(shí)隙的網(wǎng)絡(luò)管理工具可以保證節(jié)點(diǎn)在信道上被賦予一個(gè)特定的優(yōu)先級時(shí)隙。節(jié)點(diǎn)只能在分配給它的優(yōu)先級時(shí)隙發(fā)送它的所有賦予優(yōu)先級的消息包。就實(shí)質(zhì)而，優(yōu)先級的使用極大的降低了網(wǎng)絡(luò)沖突的概率。優(yōu)先級時(shí)隙的數(shù)目(M)可以是0～127，具體是多少取決于信道類型以及信道優(yōu)先級時(shí)隙的配置數(shù)量。較小的優(yōu)先級數(shù)代表較高的優(yōu)先級。若某個(gè)節(jié)點(diǎn)被賦予的優(yōu)先級時(shí)隙是“0”，該節(jié)點(diǎn)將無優(yōu)先級時(shí)隙供發(fā)送消息。優(yōu)先級時(shí)隙1預(yù)留給網(wǎng)絡(luò)管理器，即其在網(wǎng)絡(luò)上的優(yōu)先級最高。當(dāng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)生成一個(gè)優(yōu)先級包后，在掛起的所有的無優(yōu)先級輸出包被傳輸之前，該優(yōu)先級包將在優(yōu)先級隊(duì)列被傳送出節(jié)點(diǎn)。同樣，當(dāng)一個(gè)優(yōu)先級包到達(dá)路由器時(shí)，它加入到路由器隊(duì)列的前面(但在所有己排隊(duì)的優(yōu)先級包后)，若己配置了路由器的優(yōu)先級時(shí)隙，則它使用路由器的優(yōu)先級時(shí)隙向前傳送[3]。LonTalk協(xié)議的MAC子層LonTalk協(xié)議的MAC子層是OSI參考模型鏈路層的一部分。其所采用的算法是屬于CSMA（載波監(jiān)聽多路訪問）家族的。CSMA算法要求網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在傳送報(bào)文之前，必須先偵聽信道，確認(rèn)信道是空閑的。然而，一旦檢測到信道的空閑狀態(tài)，CSMA家族的每種算法的行為是不同的，按占用信道的方式，分以下幾種[4]：(1)非堅(jiān)持CSMA一旦偵聽到信道空閑，立即發(fā)送；一旦發(fā)現(xiàn)信道忙，不再堅(jiān)持偵聽，延時(shí)一段時(shí)間后再偵聽。缺點(diǎn)是不能將信道剛一變成空閑的時(shí)刻找出。(2)1-堅(jiān)持CSMA偵聽到信道閑，立即發(fā)送；偵聽到信道忙，繼續(xù)偵聽，直至出現(xiàn)信道空閑。缺點(diǎn)是，若有兩個(gè)或更多的節(jié)點(diǎn)同時(shí)在偵聽信道，則發(fā)送的幀相互沖突，反而不利于吞吐量的提高。(3)P-堅(jiān)持CSMA當(dāng)偵聽到信道閑時(shí)，就以概率P發(fā)送數(shù)據(jù)，而以概率（1-P）延遲一段時(shí)間（端到端的傳播時(shí)延），重新偵聽信道。缺點(diǎn)是，即使有幾個(gè)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)，因?yàn)镻值小于1，信道仍然有可能處于空閑狀態(tài)。(4)可預(yù)測P-堅(jiān)持CSMA由于現(xiàn)有的MAC算法，如IEEE802.2、802.3、802.4及802.5不能滿足LonTalk使用多種通信介質(zhì)、在交通繁重情況下維持性能、支持大型網(wǎng)絡(luò)的需要，LonTalk協(xié)議采用了可預(yù)測P-堅(jiān)持CSMA（PredictiveP-PersistentCSMA）算法。CSMA算法要求節(jié)點(diǎn)在開始傳送數(shù)據(jù)之前確認(rèn)介質(zhì)是空閑的。然而，一旦檢測到介質(zhì)的空閑狀態(tài)，每種算法的行為是不同的。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過量很大的情況下，這導(dǎo)致了各種網(wǎng)絡(luò)性能上存在著極大的差異。一些CSMA算法采用一種稱作時(shí)間段的分離時(shí)間間隔的方法來實(shí)現(xiàn)對介質(zhì)的訪問。通過給每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用特定的時(shí)間段來限制其對介質(zhì)的訪問，從而大大降低了數(shù)據(jù)包沖突的可能性。LonWorks介質(zhì)訪問采用的是點(diǎn)對點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能獨(dú)立地決定幀的發(fā)送。如果有兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送，就會(huì)產(chǎn)生沖突，同時(shí)發(fā)送的所有幀就會(huì)出錯(cuò)。因此一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息成功與否在很大程度上取決于總線是否空閑的算法。所以在LonWorks網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用預(yù)測的Ｐ堅(jiān)持CSMA算法對等地訪問信道。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)而試圖占用信道時(shí)，首先在T1周期中檢測信道上有沒有信息發(fā)送，以確定網(wǎng)絡(luò)空閑。然后產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的傳送延時(shí)ｔ(ｔ為0－W時(shí)間片T2中的一個(gè))。當(dāng)延時(shí)時(shí)間到，且信道仍空閑時(shí)，此節(jié)點(diǎn)開始傳送報(bào)文，否則節(jié)點(diǎn)接收發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，然后重復(fù)訪問信道。圖2為可預(yù)測P-堅(jiān)持CSMA的示意圖[6]，其中T1為空閑時(shí)間，T2為隨機(jī)時(shí)間圖2所示6.LonTalk的其它協(xié)議層(1)鏈路層LonTalk協(xié)議的鏈路層提供在子網(wǎng)內(nèi)，鏈路層數(shù)據(jù)幀的幀順序的無響應(yīng)傳輸。它提供錯(cuò)誤檢測的能力，但不提供錯(cuò)誤恢復(fù)能力，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)錯(cuò)時(shí)，該幀數(shù)據(jù)被丟掉。在直接互連模式下物理層和鏈路層接口的編碼方案是曼徹斯特編碼，在專用模式下根據(jù)不同的電氣接口采用不同的編碼方案。CRC校驗(yàn)碼加在網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的最后，CRC采用的多項(xiàng)式是X16+X12+X5+1（標(biāo)準(zhǔn)CCITTCRC-16編碼）。(2)網(wǎng)絡(luò)層LonTalk協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層提供給用戶一個(gè)簡單的通信接口，定義了如何接收、發(fā)送、響應(yīng)等，在網(wǎng)絡(luò)管理上有網(wǎng)絡(luò)地址分配、出錯(cuò)處理、網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證、流量控制，路由器的機(jī)制也是在這一層實(shí)現(xiàn)的。(3)傳輸層和會(huì)話層LonTalk協(xié)議的核心部分是傳輸層和會(huì)話層。一個(gè)傳輸控制子層管理著報(bào)文執(zhí)行的順序、報(bào)文的二次檢測。傳輸層是無連接的，它提供一對一節(jié)點(diǎn)、一對多節(jié)點(diǎn)的可靠傳輸。信息證實(shí)(Authenticated)也是在這一層實(shí)現(xiàn)的。會(huì)話層主要提供了請求/響應(yīng)的機(jī)制，它通過節(jié)點(diǎn)的連接，來進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)(Remoteservers)，因此使用該機(jī)制可以遙控實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的過程建立。LonTalk協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)功能雖然是在應(yīng)用層來完成的，但實(shí)際上也是由提供會(huì)話層的請求/響應(yīng)機(jī)制來完成的。(4)表示層和應(yīng)用層表示層和應(yīng)用層提供五類服務(wù)：網(wǎng)絡(luò)變量的服務(wù)——當(dāng)定義為輸出的網(wǎng)絡(luò)變量改變時(shí)，能自動(dòng)地將網(wǎng)絡(luò)變量的值變成應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元下傳并發(fā)送，使所有把變量定義為輸入的節(jié)點(diǎn)，收到該網(wǎng)絡(luò)變量的改變值當(dāng)收到信息時(shí)，能根據(jù)上傳的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元判斷是否是網(wǎng)絡(luò)變量，以及是哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量并激活相應(yīng)的處理進(jìn)程；顯示報(bào)文服務(wù)——將報(bào)文的目的地址、報(bào)文服務(wù)方式、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)組織成應(yīng)用層數(shù)據(jù)單元下傳發(fā)送，將發(fā)送結(jié)果上傳并激活相應(yīng)的發(fā)送結(jié)果處理進(jìn)程。當(dāng)收到信息時(shí)，能根據(jù)上傳應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元判斷是否顯示報(bào)文，并能夠根據(jù)報(bào)文代碼激活相應(yīng)的處理進(jìn)程；網(wǎng)絡(luò)管理的服務(wù)——進(jìn)行有關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息管理方面的處理；網(wǎng)絡(luò)跟蹤的服務(wù)——這些信息被網(wǎng)絡(luò)管理初始化，測試網(wǎng)絡(luò)上所有的操作，記錄錯(cuò)誤信息和錯(cuò)誤點(diǎn)；外來幀傳輸?shù)姆?wù)——該服務(wù)主要針對網(wǎng)關(guān)（Gateway），將LonWorks總線外其它的網(wǎng)絡(luò)信息轉(zhuǎn)換為符合LonTalk協(xié)議的報(bào)文傳輸或其逆過程。網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)診斷LonTalk協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)診斷提供了五類服務(wù)。(1)地址分配分配所有節(jié)點(diǎn)的地址單元，包括域號、子網(wǎng)號、節(jié)點(diǎn)號以及所屬的組名和組員號，48位的NeuronID由芯片生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時(shí)燒入給定，網(wǎng)絡(luò)開發(fā)人員不能對其進(jìn)行配置。(2)節(jié)點(diǎn)查詢查詢節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)通信的錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)，包括通信CRC檢驗(yàn)、通信超時(shí)等。(3)節(jié)點(diǎn)測試發(fā)送一些測試命令來對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。(4)路由器配置設(shè)置配置路由器的配置表。(5)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行管理尋找未配置的節(jié)點(diǎn)并下載網(wǎng)絡(luò)地址；停止、啟動(dòng)和復(fù)位應(yīng)用程序；訪問節(jié)點(diǎn)通信統(tǒng)計(jì)；下載新的應(yīng)用程序；提取運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。8.Neuron芯片神經(jīng)芯片是LonWorks系統(tǒng)設(shè)備的核心器件，它包括一套完整的通信協(xié)議(LonTalk協(xié)議)，從而確保節(jié)點(diǎn)間使用可靠的通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行互操作；Neuron芯片可直接與它所監(jiān)視的傳感器和控制設(shè)備連接，所以Neuron芯片可以傳輸傳感器或控制設(shè)備的狀態(tài)，執(zhí)行控制算法，和其它的Neuron芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等。Neuron芯片在大多數(shù)智能節(jié)點(diǎn)中是一個(gè)獨(dú)立的處理器，如果節(jié)點(diǎn)需要更強(qiáng)的信號處理能力或I/O通道，可以與其它處理器進(jìn)行通信，共同構(gòu)成所需的節(jié)點(diǎn)。神經(jīng)芯片包括3個(gè)8位微處理器、隨機(jī)存儲RAM、只讀存儲ROM以及通信和I/O接口。ROM中駐存一個(gè)操作系統(tǒng)、LonTalk協(xié)議和I/O函數(shù)庫；RAM用于存儲從網(wǎng)絡(luò)上下載的配置數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序。Neuron芯片的主要性能特點(diǎn)有：①高度集成，所需外部器件較少；②三個(gè)8位的CPU，輸入時(shí)鐘可選擇范圍：625KHz一10MHz；③片上存儲器；④11條可編程I/O引腳(有34種可選的工作方式)；⑤兩個(gè)16位的硬件定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，15個(gè)軟定時(shí)器；⑥休眠工作方式：這種工作方式能在維持操作的情況下降低電能損耗；⑦網(wǎng)絡(luò)通信端口有三種方式供選擇：單端方式、差分方式和專用方式；⑧固件包括LonTalk協(xié)議、I/O驅(qū)動(dòng)器程序、事件驅(qū)動(dòng)多任務(wù)調(diào)度程序；⑨服務(wù)引腳：用于遠(yuǎn)程識別和診斷；⑩48位的內(nèi)部NeuronID用于唯一識別Neuron芯片。神經(jīng)芯片的三個(gè)微處理器分別為MAC處理器(通信處理器)、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3所示Neuron芯片處理器和存儲器CPU-l是介質(zhì)訪問控制處理器，處理LonTalk協(xié)議的第1和第2層，包括驅(qū)動(dòng)通信子系統(tǒng)硬件和執(zhí)行MAC(MediaAccessControl，介質(zhì)訪問控制)算法。CPU-1和CPU-2用共享存儲區(qū)中的網(wǎng)絡(luò)緩存區(qū)進(jìn)行通信，正確地對網(wǎng)上報(bào)文進(jìn)行編碼解碼。CPU-2是網(wǎng)絡(luò)處理器，用于實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第3到第6層，這包括處理網(wǎng)絡(luò)變量、尋址、事務(wù)處理、權(quán)限證實(shí)、背景診斷、軟件計(jì)時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)管理和路由等，同時(shí)，它還控制網(wǎng)絡(luò)通信端口，物理地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，該處理器用共享存儲區(qū)中的網(wǎng)絡(luò)緩存區(qū)與CPU-l通信，用應(yīng)用緩存區(qū)與CPU-3通信。CPU-3是應(yīng)用處理器，它執(zhí)行用戶編寫的代碼以及用戶代碼調(diào)用的操作系統(tǒng)命令。在多數(shù)應(yīng)用中，使用的編程語言是NeuronC[7]。9.LonWorks編程語言—NeuronC語言NeuronC是從ANSIC中派生出來的，專門為Neuron芯片設(shè)計(jì)的編程語言。為了滿足神經(jīng)元芯片作為智能分布控制應(yīng)用，NeuronC擴(kuò)展有自己的運(yùn)行庫和語法，包括：定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)變量、顯示報(bào)文、多任務(wù)調(diào)度、E2PROM變量和其它多種功能。對ANSIC的擴(kuò)展包括以下幾點(diǎn)：一個(gè)內(nèi)部多任務(wù)調(diào)度程序：它允許程序員以自然的方式描述事件驅(qū)動(dòng)任務(wù)，同時(shí)控制這些任務(wù)的優(yōu)先級的執(zhí)行；將I/O對象直接映射到處理器的I/O能力；網(wǎng)絡(luò)變量對象定義：提供一種簡單的實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)共享的方法；when語句：引入事件并定義這些事件的臨時(shí)排序；顯式消息傳遞：用于直接對LonTalk協(xié)議的低層進(jìn)行訪問；秒及毫秒級軟件定時(shí)器對象(15個(gè))：可隨意激活用戶的任務(wù)；函數(shù)庫：當(dāng)調(diào)用時(shí)，可以執(zhí)行事件檢查、管理輸入/輸出、網(wǎng)上發(fā)送或接收消息以及控制各種Neuron芯片的功能。LonWorks開發(fā)工具為了使LonWorks總線的使用者迅速、方便地開發(fā)節(jié)點(diǎn)和聯(lián)網(wǎng)，LonWorks技術(shù)中還包含一系列的開發(fā)工具：節(jié)點(diǎn)開發(fā)工具NodeBuilder、節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)安裝工具LonBuilder；網(wǎng)絡(luò)管理工具LonManager以及客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)—LNS技術(shù)。二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循一定的原則?？傮w設(shè)計(jì)的一般原則是：(1)系統(tǒng)的成熟性。即采用的技術(shù)和產(chǎn)品是經(jīng)過多次實(shí)際考核的。采用后，安裝、調(diào)試完畢后，即能正常運(yùn)行。(2)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。達(dá)到功能而其價(jià)格是能承受的，或者說同類產(chǎn)品中，價(jià)格是最優(yōu)惠的。(3)系統(tǒng)的開放性。即它具有兼容性，很容易擴(kuò)展和在今后雖然技術(shù)發(fā)展了，其資源仍具有可利用的價(jià)值。(4)系統(tǒng)的可操作性。人機(jī)界面的友善，符合人機(jī)工學(xué)原理，錯(cuò)誤操作的自動(dòng)保護(hù)。(5)系統(tǒng)的可用性。即出故障的概率非常小，出故障后，停車維修的時(shí)間很短。(6)系統(tǒng)的先進(jìn)性。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的當(dāng)時(shí)所采用的技術(shù)是先進(jìn)的，以保證在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)不致被淘汰。在保證成熟性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，盡可能的先進(jìn)。(7)系統(tǒng)的高效率性。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，通信速率，網(wǎng)絡(luò)吞吐能力。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。眾多傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置在智能樓宇的水、電、氣抄表系統(tǒng)、溫度調(diào)控子系統(tǒng)、濕度檢測子系統(tǒng)、防盜保安子系統(tǒng)中,實(shí)時(shí)視屏監(jiān)控子系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)時(shí)將各子系統(tǒng)監(jiān)控的狀態(tài)變化以有線方式傳送給位于各個(gè)檢控點(diǎn)附近的現(xiàn)場監(jiān)控單元?，F(xiàn)場監(jiān)控單元既是LonWorks智能節(jié)點(diǎn)。每個(gè)系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況劃分若干個(gè)監(jiān)控區(qū)域，每個(gè)監(jiān)控區(qū)域設(shè)置一個(gè)現(xiàn)場監(jiān)控單元和若傳感器節(jié)點(diǎn)?，F(xiàn)場監(jiān)控單元對傳感器接單傳來的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,通過LonWorks總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器。位于樓宇控制室的央處理服務(wù)器CPS，CPS是樓宇監(jiān)控系統(tǒng)的主處理服務(wù)器,是系統(tǒng)邏輯處理核心。中央處理服務(wù)器CPS從分布在監(jiān)控區(qū)域的現(xiàn)場監(jiān)控單元和實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理和分析，如存儲歸檔、閾值比較、閾值調(diào)優(yōu)和趨勢分析等,并根據(jù)分析的結(jié)果通過用戶工作站MMI向用戶發(fā)布事件、警告和預(yù)警信息。還可根據(jù)需要下達(dá)控制指令,對現(xiàn)場智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制。系統(tǒng)組成如圖4所示。圖4所示2.2現(xiàn)場監(jiān)控單元設(shè)計(jì)現(xiàn)場監(jiān)控單元是系統(tǒng)的主要組成部分，負(fù)責(zé)各個(gè)子系統(tǒng)現(xiàn)場實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的收集、緩存和轉(zhuǎn)發(fā),并根據(jù)來自中央處理服務(wù)器CPS的指令進(jìn)行相應(yīng)的通信處理和制。由于現(xiàn)場監(jiān)測單元主要安裝在各個(gè)系統(tǒng)的終端區(qū)域，容易受各種噪聲和電磁的干擾,其RAMS(可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性)和實(shí)時(shí)性等構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的RAMS和實(shí)時(shí)性等的關(guān)鍵,因此，現(xiàn)場監(jiān)控單元是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)和關(guān)鍵所在。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。這是一種基于Host-Based結(jié)構(gòu)的LonWorks智能節(jié)點(diǎn)，主要包括收發(fā)器、E2ROM、雙口RAM、ARM芯片、神經(jīng)元處理芯片、無線收發(fā)芯片等。其中ARM芯片主要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理及控制功能，這樣就可以解決Neuron芯片內(nèi)部資源緊張的問題，Neuron3150神經(jīng)元芯片主要完成通信功能，它能夠?qū)⒅魈幚砥鹘?jīng)過處理傳過來的數(shù)據(jù)通過收發(fā)器發(fā)送到Lonworks總線，也可以將Lonworks總線上的消息接受至本節(jié)點(diǎn)。這兩種芯片間采用了雙口RAM作為數(shù)據(jù)共享區(qū)。2.3智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）智能節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示：圖5智能節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖從結(jié)構(gòu)框圖可以看出，神經(jīng)元處理芯片3150和8031接口的設(shè)計(jì)以及收發(fā)器接口設(shè)計(jì)是本文軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。（2）智能節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要完成：現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理與存儲，控制繼電器動(dòng)作，輸出顯示以及鍵盤輸入，配置3150的工作模式，8031與3150進(jìn)行通信并與上位機(jī)進(jìn)行信息交互。8031與3150通信軟件設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，使用了Neuronc編程語言，現(xiàn)以并行口讀寫為例說明其特點(diǎn)，對并行口讀寫首先要用下面的聲明語句：I0-0parallelslave／slaveb／masterio_object-name：為應(yīng)用Neuron芯片的I／O對象，io_in()和io_out0需要指向Parallel-io-interface結(jié)構(gòu)，其定義如下：Structparallel_io_interface{unsignedlength;//lengthofdatafieldunsigneddata[maxlength];//datafield}Piofc;圖6數(shù)據(jù)傳送流程圖信號采集部分接口程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序框圖如7圖下所示，基本功能是進(jìn)行多通道模擬信號的采集與處理。首先設(shè)置通道地址，然后選擇采樣通道，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過一定的延時(shí)后，再讀取MAXl86的轉(zhuǎn)換結(jié)果，再將采集結(jié)果發(fā)送給Lonworks網(wǎng)絡(luò)。圖7數(shù)據(jù)采集流程圖Neuron芯片與MAX186接口程序如下：I/O.8neuronwaremasterselect(IO_0)MAXl86;//選擇I/O對象為neuronware，I/O.8為時(shí)鐘輸出引腳，I/O.9為串行數(shù)據(jù)輸出引腳，I/O.10為串行數(shù)據(jù)輸人引腳；MAX186片選信號由IO.0輸出//IO_0outputbitMAXl86_CS=l;//選擇IO.0為位輸出，作MAX186的片選信號When(timer_expires(clock-1));//定時(shí)/計(jì)數(shù)器clock-l滿事件驅(qū)動(dòng)IO_out(MAX186_CS，0);//選中MAX186IO_out(MAXl86，10001111);//送MAX186控制字：通道0，單極性，單端輸入，外部時(shí)鐘模式Input=io_in(MAXl86,&input,16);//輸人轉(zhuǎn)換結(jié)果Input=input>>4;IO_out(MAXl86_CS,1),//MAXl86_CS無效，結(jié)束信號采集信號輸出部分接口程序設(shè)計(jì)Neuron芯片與MAX538接口程序如下：IO_8neuronwaremasterselect(IO_1)MAX538;IO_1outputbitMAX538_CS=I;IO_out(MAX538_CS,0);IO_out(YLAX538，&output，16);;IO_out(MAX538_CS,1);2.4以溫度節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為例子，分析溫度節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)控制的相關(guān)代碼。數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)當(dāng)上位機(jī)發(fā)出采集數(shù)據(jù)指令后，通過網(wǎng)絡(luò)變送器送到底層的節(jié)點(diǎn)，然后控制外部的溫度傳感器采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送到Neuron芯片。在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)變量傳遞，經(jīng)過動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)連接傳遞給監(jiān)控界面，這以流程可以循環(huán)操作，知道滿足條件為止。數(shù)據(jù)采集軟件的流程圖如圖8下：圖8所示本部分的主要功能就是將采集的模擬信號通過電平轉(zhuǎn)換、濾波以及多路開關(guān)后分成8路信號，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，送至網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，自動(dòng)改寫其中的網(wǎng)絡(luò)變量的值。下面是實(shí)現(xiàn)定時(shí)數(shù)據(jù)循環(huán)采集操作的程序：IO_0outputbitADC_CS=1;//定義IO_0口為輸入對象，做片選信號IO_8neuronwaremasterselect(IO_0)ADC_IO;//定義神經(jīng)元I/O口對象unsignedshortC[8]={0,4,1,5,2,3,7};//順序定義ADC的通訊選擇地址mtimertmAD=500;//定義毫秒定時(shí)器500ms為采集時(shí)間間隔msg_tagmess_out;//定義報(bào)文標(biāo)簽when(timer_expries(tmAD))//事件驅(qū)動(dòng){ IntI,temp; unsignedlengthADH; unsignedlengthADL; unsignedlengthADV[8]; for(i=0;i<8;i++)//依次對八個(gè)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 { adc_info=(c[i]+8*16+14); in_out(ADC_IO,&adc_info,8); ADH=adc_info; Adc_info=ox00; In_out(ADC_IO,&adc_info,8); ADL=adc_info; ADV[i]=ADH*32+ADL/8; TmAD=500;}}數(shù)據(jù)控制軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)控制軟件主要是負(fù)責(zé)對底層設(shè)備的控制。當(dāng)控制中心在監(jiān)控軟件下發(fā)出控制指令，經(jīng)LNSDDEServer出傳遞給Lonworks網(wǎng)絡(luò)，在通過網(wǎng)絡(luò)變量送到對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，底層設(shè)備接收后開始數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行檢測是否有下一個(gè)控制指令。這部分的控制流程如9圖所示。如圖9所示D/A轉(zhuǎn)換的程序如下：IO_6outputbitDAI_CS=1;//定義IO_6口為輸入對象，做片選信號IO_8neuronwaremasterselect(IO_6)DAI_IO;//定義神經(jīng)元I/O口對象unsignedintD[2];//數(shù)據(jù)數(shù)組包括控制字和傳遞數(shù)據(jù)msg_tagmess_out;//定義報(bào)文標(biāo)簽mtimertmAD;//定義毫秒定時(shí)器500ms為采集時(shí)間間隔when(reset){ tmAD=500;}when(timer_expries(tmAD))//事件驅(qū)動(dòng){ Io_out(DAI_CS,0);for(i=0;i<8;i++){ D[0]=OXE1; D[1]=I; Io_out(DAI_IO,D,16);}Io_out(DAI_CS,1);}三、總結(jié)本文在深入研究現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)上。提出了將LonW