Ｌｏｎｗｏｒｋｓ總線(xiàn)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：針對(duì)目前中、小型立體倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化程度低、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不夠完善的現(xiàn)狀，闡述了Lonworks總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)越性，提出了基于Lonworks總線(xiàn)技術(shù)中、小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)輸入信號(hào)類(lèi)型分別給出節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集流程圖和軟件設(shè)計(jì)。基于Lonworks總線(xiàn)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有穩(wěn)定、可靠、可擴(kuò)展等特點(diǎn)，可推廣應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：Lonworks總線(xiàn)；自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)；環(huán)境監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)采集

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002-3100(2007)04-0114-03

Abstract: The actuality is that the small and middle-sized automated stereo warehouse is still on low automated level， and the environmental monitoring system is imperfect. Aiming at that， this paper designs a plan of environmental monitoring system based on Lonworks Fieldbus technology that is applied to the small and middle-sized automated stereo warehouse， and the advantage of Lonworks Fieldbus technology is also described. Meanwhile， the data acquisition flowchart and software program is given according to the input signal types of data acquisition joint. The result demonstrates that the environmental monitoring system based on Lonworks Fieldbus technology is stable， reliable and expansible， which can be widly used in the related field.

Key words: Lonworks Fieldbus; automated warehouse; environmental monitoring system; data acquisition

目前，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代物流工程的重要組成部分，它不僅改變了傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)勞動(dòng)密集生產(chǎn)效率低的狀況，還極大地拓展了倉(cāng)庫(kù)的功能。隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)規(guī)模的擴(kuò)大和存取速度的加快，管理人員更需要隨時(shí)掌握倉(cāng)庫(kù)內(nèi)倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)量質(zhì)量信息、倉(cāng)庫(kù)溫濕度等環(huán)境信息、輸送設(shè)備的運(yùn)行狀況。但目前的一些中、小型立體倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化程度低，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的技術(shù)比較落后，其數(shù)據(jù)采集主要采用人工觀測(cè)，已不能滿(mǎn)足對(duì)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)性和精確性的要求，在一定程度上制約了倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展。為此，本文對(duì)基于Lonworks總線(xiàn)技術(shù)的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

1Lonworks總線(xiàn)技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多結(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)將專(zhuān)用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們都具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通訊能力。采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線(xiàn)等作為總線(xiàn)，多個(gè)測(cè)量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它把單個(gè)分散的測(cè)量設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)具有以下鮮明的特點(diǎn)：開(kāi)放式控制網(wǎng)絡(luò)、分布式智能和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。

目前國(guó)際上有幾種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已逐漸形成其影響，并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢(shì)。它們分別為基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（Foundation Field bus， FF）、美國(guó)Echelon公司的Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、CAN（Control Area Networks）總線(xiàn)和HART（Highway Addressable Remote Transducer）總線(xiàn)等。

Lonworks總線(xiàn)技術(shù)是目前國(guó)際上控制領(lǐng)域中最為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)之一，它具有很強(qiáng)的開(kāi)放性、靈活性、兼容性、可靠性和互操作性，以其支持OSI/RM七層模型、支持多種通信媒介及易于實(shí)現(xiàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用極為廣泛。Lonworks總線(xiàn)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活多變。可以使用總線(xiàn)、星型、環(huán)型、混合型等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可根據(jù)信息采集點(diǎn)的布局結(jié)構(gòu)采用不同的連接方式，可以最大限度地降低布線(xiàn)的復(fù)雜性和工作量，提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。

（2）Lonworks支持雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、光纖、無(wú)線(xiàn)、紅外等多種通信介質(zhì)。

（3）Lonworks網(wǎng)絡(luò)是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其任一節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓，一個(gè)信息采集節(jié)點(diǎn)的損壞和關(guān)閉不影響其他信息采集節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行。

（4）Lonworks網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間使用邏輯連接，很容易添加和修改節(jié)點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整和擴(kuò)充升級(jí)。Neuron芯片內(nèi)置現(xiàn)成的I/O對(duì)象、LonTalk協(xié)議，并使用高級(jí)語(yǔ)言編程，便于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

2基于Lonworks總線(xiàn)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)概述

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要完成物資倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境狀況監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)的傳輸和處理，實(shí)時(shí)精確地獲取環(huán)境信息數(shù)據(jù)，系統(tǒng)及時(shí)采取相應(yīng)處理措施。

系統(tǒng)由監(jiān)控中心、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)和通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成。監(jiān)控中心配有監(jiān)控主機(jī)和大型設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示屏；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)由控制模塊和傳感器組組成，其數(shù)據(jù)采集傳感器主要有：溫度傳感器、濕度傳感器、可燃有害氣體傳感器、空氣污染監(jiān)測(cè)器、煙霧探測(cè)器、水浸開(kāi)關(guān)等；系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)可由Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)支持的多種通信介質(zhì)（如：雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、光纖、無(wú)線(xiàn)、紅外等）與路由設(shè)備組成。系統(tǒng)工作原理為：數(shù)據(jù)采集傳感器組將獲取的環(huán)境信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而后電信號(hào)再經(jīng)數(shù)模或電平轉(zhuǎn)換由控制模塊以網(wǎng)絡(luò)變量的形式傳送至Lonworks總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的控制節(jié)點(diǎn)，把處理命令傳送給空調(diào)、消防系統(tǒng)的控制節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控、管理、維護(hù)以及與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的信息交互，從而實(shí)現(xiàn)控制信息與管理信息的集成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2控制節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

控制節(jié)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)采用基于控制模塊的硬件設(shè)計(jì)方式。Lonworks控制模塊集成了一個(gè)神經(jīng)芯片、通信收發(fā)器、存儲(chǔ)器和晶振，控制模塊僅需添加一個(gè)電源、外圍電路接口和在神經(jīng)芯片上運(yùn)行的應(yīng)用程序就可以構(gòu)成一個(gè)完整的節(jié)點(diǎn)。控制模塊通過(guò)兩個(gè)連接器端口P1和P2建立與應(yīng)用傳感器以及與Lonworks總線(xiàn)的連接。基于控制模塊構(gòu)成的控制節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

基于Lonworks 總線(xiàn)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集方案如下：由采集節(jié)點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換后發(fā)送至節(jié)點(diǎn)控制模塊，控制模塊再以網(wǎng)絡(luò)變量形式發(fā)送數(shù)據(jù)至Lonworks總線(xiàn)；上位機(jī)根據(jù)需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)，顯示于控制界面。數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì)根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的類(lèi)型區(qū)分為模擬量信號(hào)的數(shù)據(jù)采集和開(kāi)關(guān)量信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。

2.2.1模擬量信號(hào)數(shù)據(jù)采集電路

普通的環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器往往因?yàn)闊崦粼衩粼茸陨淼牟町惗沟盟鼈兯憩F(xiàn)出來(lái)的電壓、電流等信號(hào)與溫度、濕度呈不確定的非線(xiàn)性關(guān)系，而且，由于電壓、電流等模擬信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)難免有損耗，必將導(dǎo)致測(cè)量精確度下降，從而影響環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)信息的精確度，在損耗嚴(yán)重的情況下將直接導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)丟失。因此，在控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中將普通的溫濕度傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后，直接以數(shù)字量的形式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量傳到Lonworks總線(xiàn)上，避免了模擬量傳輸引起的損耗，從而提高了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的精確度。

模擬量信號(hào)數(shù)據(jù)采集電路的主要功能是將傳感器輸出的模擬信號(hào)通過(guò)光電隔離、濾波放大、A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量，輸入控制模塊，再傳送至Lonworks總線(xiàn)。流程如圖3所示。其中：光隔繼電器用來(lái)選擇所需要測(cè)量的傳感器輸入信號(hào)，離濾波電路用于濾除模擬輸入信號(hào)中的高頻干擾，隔離放大電路用于內(nèi)部模擬信號(hào)的隔離，A/D轉(zhuǎn)換一般實(shí)現(xiàn)12位A/D轉(zhuǎn)換，送給Lonworks控制模塊。

2.2.2開(kāi)關(guān)量信號(hào)數(shù)據(jù)采集電路

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中有許多開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳感器，如：水浸開(kāi)關(guān)等。開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)采集電路的主要功能是將開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換，由移位寄存器將并行信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)，經(jīng)控制模塊處理后，送至Lonworks總線(xiàn)。流程如圖4所示。

2.3環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)管理軟件和控制節(jié)點(diǎn)軟件兩部分。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)的一部分，基于客戶(hù)機(jī)／服務(wù)器（C/S）與瀏覽器／服務(wù)器（B/S）相結(jié)合的模式，通過(guò)DDE服務(wù)建立上層的監(jiān)控應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)控制信息和管理信息的集成。控制節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)是環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心，其N(xiāo)euron芯片的編程語(yǔ)言是Neuron C，它是基于ANSI C專(zhuān)門(mén)為神經(jīng)芯片設(shè)計(jì)的一種編程語(yǔ)言，并且進(jìn)行了擴(kuò)展以直接支持Neuron芯片的固件例程。控制節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)的輸入接口以及控制節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心或其他控制節(jié)點(diǎn)之間的通信。

2.3.1輸入接口設(shè)計(jì)

串行A/D轉(zhuǎn)換器MAX186把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳送給控制模塊，其控制字的寫(xiě)入與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出通過(guò)串行數(shù)據(jù)線(xiàn)完成，其各個(gè)輸入通道由控制字進(jìn)行選擇。輸入接口程序如下：

IO_8 Neurowire master select（IO_1）MAX186//定義I/O對(duì)象為neurowire，IO_8為時(shí)鐘輸出，IO_10為串行輸入，IO_9

為串行數(shù)據(jù)輸出，選擇主控模式，MAX186片選信號(hào)由IO_1輸出

IO_1 output bit MAX186_CS=1 //初始化MAX186片選無(wú)效

When（time_expires (clock_1）） //定時(shí)/計(jì)數(shù)器Clock_1，計(jì)時(shí)終止時(shí)事件為真

{io_out（MAX186_CS ，0） //使MAX186片選信號(hào)有效

io_out（，10001111） //向MAX186送控制器字：通道0，單極性，單端輸入，外部時(shí)鐘模式

imput=io_in（MAX186， input，16） //輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果

input=input>.>4;

io_out（MAX186_CS，1）; //MAX186片選無(wú)效，結(jié)束信號(hào)采集

}

2.3.2控制節(jié)點(diǎn)之間的通信

控制節(jié)點(diǎn)之間的通信可采用網(wǎng)絡(luò)變量的方法進(jìn)行互相通信，網(wǎng)絡(luò)變量分輸入和輸出兩種。若一節(jié)點(diǎn)將其某一變量設(shè)置為輸出網(wǎng)絡(luò)變量，則該變量的值將會(huì)傳送到Lonworks總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上所有與某一變量相聯(lián)系的控制節(jié)點(diǎn)。輸入變量和輸出變量的連接可利用數(shù)據(jù)的綁定的方法實(shí)現(xiàn)。

2.3.3控制節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間的通信

監(jiān)控主機(jī)可以采用多種技術(shù)和Lonworks總線(xiàn)進(jìn)行通訊，LonManager DDE、LNS DDE和LNS API已自主完成了多種驅(qū)動(dòng)軟件的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了與多種工業(yè)組態(tài)軟件與LON網(wǎng)絡(luò)的連接，方便了用戶(hù)界面的迅速開(kāi)發(fā)。同時(shí)也支持Delphi、VB、VC等語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)。

3結(jié)論

Lonworks總線(xiàn)技術(shù)具有高可靠性、開(kāi)放性、互操作性和易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，已在國(guó)內(nèi)外分布式控制系統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。基于Lonworks總線(xiàn)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于采用Lonworks總線(xiàn)技術(shù)，使系統(tǒng)具有組網(wǎng)方便、通信簡(jiǎn)單易行、信號(hào)傳輸可靠性高、節(jié)點(diǎn)便于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)，便于對(duì)地理位置分散的倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行集中的監(jiān)控。實(shí)踐證明，該方案具有可行性。

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