基于LonWorks技術的安全防范系統研究

劉志華,文世敏,趙云祥

（云南機電職業技術學院，云南 昆明 650203）

基于LonWorks技術的安全防范系統研究

劉志華,文世敏,趙云祥

（云南機電職業技術學院，云南 昆明 650203）

安全防范系統作為樓宇智能化的一個重要組成部分，廣泛應用于智能建筑中.LonWorks總線因其很強的可靠性、開放性和靈活性，常常用于連接智能建筑中的子系統.本文介紹了安全防范系統和LonWorks總線的基本概念，提出了一種基于LonWorks技術的安全防范系統設計方案.

安全防范系統；智能建筑；LonWorks總線技術

以計算機技術及信息化為基礎的安全防范系統在社會中發揮的作用越來越大.所謂安全防范系統指采用紅外、音視頻、微波、探測、通信、控制等多種學科技術，利用各種安防產品和設備，為人們提供一個安全的生活和工作環境的系統.達到事先預警、事后控制和處理的效果，保護建筑（大廈、小區、工廠）內外人身及生命財產安全.

GB/T 50314《智能建筑建設標準》中指出：“智能建筑，它是以建筑為平臺，兼備建筑設備、辦公自動化及通信網絡系統，集結構、系統、服務以及它們之間的最優化組合，向人們提供一個安全、高效、舒適、便利的建筑環境.”

LonWorks總線技術因為其可靠性高、開放性強和靈活性優等特點，現已廣泛應用在智能樓宇和家庭智能化建筑上面.

1 LonWorks總線技術

1.1 LonWorks總線技術概述

LonWorks作為一種現場總線技術，由美國的Echelon公司于20世紀90年代初推出.LonWorks控制技術具有優良的開放性、互操作性、靈活的網絡拓撲、網絡適應性以及面向對象的網絡通信設計等優點，所以，使得LonWorks技術已從工業自控逐步發展運用至安全防范系統中.

LonWorks技術主要特點有：分布式控制、良好的開放性和互操作性、系統網絡結構靈活、節約成本和方便維護.

1.2 LonTalk協議

LonWorks協議作為LonWorks系統的核心，遵循由國際標準化組織(ISO)定義的開放系統互連(OSI)模型，包含LonTalk協議和ANSI/EIA 709.1控制網絡標準.為滿足控制網的可靠和魯棒的通信標準要求，LonTalk協議為控制應用提供了一個可靠性高、性能高、抗干擾性高的通信機制.

1.3 Neuron芯片

Neuron芯片作為LonWorks技術的核心，由3個8位微處理器、只讀式存儲器ROM、隨機式存儲器RAM以及I/O和通信接口組成.操作系統、I/O函數庫和LonTalk協議駐存于ROM中；在RAM上則完成存儲從網絡上下載的配置數據和應用程序.利用Neuron芯片，可以實現直接與它所監視的控制設備及傳感器連接，并獲得控制設備或傳感器的狀態，來到達采用控制算法而實現和其它的Neuron芯片進行數據交換的功能.當然，采用LonTalk通信協議，也可以確保節點間使用可靠的通信標準進行互操作.

1.4 LonWorks的結構

協議(LonTalk)、設備、傳輸介質、管理軟件和執行機構等五個部分構成LonWorks控制網絡.其中，路由器、網關、智能測控單元等構成設備；LonTalk開放式通信協議及為設備之間交換控制狀態信息建立的通用標準構成管理軟件；傳感器、執行器等構成執行機構.

1.5 LonWorks在安全防范系統中的優勢

第一，通過LonWorks技術使安全防范系統互聯成一個整體，能夠實現集中管理、分散控制.第二，LonWorks技術可以在確保智能化住宅實現所有功能的同時，又使得網絡結構簡單，布線容易.第三，LonWorks技術可以根據不同的功能要求，在不同的節點上編寫相應的控制程序，從而實現良好的可擴展性.

2 安全防范系統

安全防范系統是技術防范和人工防范結合的系統.利用先進的技術防范系統彌補人工防范本身的缺陷，用科學技術手段提高人們生活和工作環境安全度.除了技術防范系統外，還必須有嚴格訓練和培訓的高素質安保人員，只有通過人工防范和技術防范的結合才能提供一個真正的安防系統.強大的接警中心和高效的公安機關是安全防范系統的核心.

狹義的安全防范系統就是防盜報警系統，由前端探測器、傳輸線路（有線或無線）、報警主機（含配套設備）和接警中心四個部分構成.

廣義的安全防范系統包括閉路監控電視系統、防盜報警系統、門禁系統、周邊防范系統、樓宇可視對講系統、停車場管理系統和保安巡邏考勤系統等構成.

3 基于LonWorks的安全防范系統設計

基于LonWorks的安全防范系統結構如圖1所示.

圖1 基于LonWorks的安全防范系統結構圖

3.1 安全防范系統原理

整個系統采用總線式結構，由一根LonWorks總線將各功能模塊進行連接，而各子系統通過路由器連接到LonWorks總線上.數據處理由iLon服務器進行，并通過以太網連接實現信息共享.系統采用IPC工業控制機進行集中控制.

在系統內部，采用雙絞線作為傳輸介質進行通信，各節點以總線拓撲形式連接.在節點端，分別連接監控報警子系統、可視對講子系統、門禁子系統、家庭安防子系統等.

由于采用綜合布線的方式，優化了布線結構.同時，以LonWorks技術特點實現了智能小區管理中心集中管理、分散控制的功能.

3.2 系統硬件設計

根據圖1的安全防范系統結構圖，在智能建筑安全防范系統硬件設計中，可以采用總體結構相似，具體子系統相異的方式進行設計.以家庭安全子系統為例，設計多個智能節點，采用LonWorks技術實現智能安防.

系統的結構如圖2所示.圖中，利用LonWorks總線系統，實現上位機和下位機的操作，結構上由三層網絡結構組成：

（1）第一層為計算機管理層，由iLon 600路由器及IPC工業控制機組成.上位機由IPC工控機構成，主要負責對各節點傳送數據的管理、顯示及打印功能，并通過以太網實現數據共享.而iLon 600路由器是Echelon公司研制的iLon產品，它是一個遵從EIA 852協議，并從LonWorks到IP的路由器，內部采用Echelon公司的LonWorks/IP體系結構和一個32位的RISC處理器.主要負責LonWorks總線和上層以太網之間協議的轉換，相當于一個網關.

（2）第二層為控制層，包含小區內所有的智能節點，一戶一個.智能節點通過控制設備、Neuron芯片、收發器等對I/O設備進行數據控制和采集.每個控制器擁有n個輸入輸出口，主要用于接收傳感器發出的報警信號，及的進行報警并與各執行設備進行聯動.

圖2 節點控制網絡圖

（3）第三層為I/O設備層.設備指的是現場的傳感器和執行裝置，包括：煙感探測器、煤氣泄漏探測器、紅外探測器、溫感探測器和緊急按鈕.這些傳感器能對各種信號進行探測，并將探測到的信號通過A/D（或D/A）轉換，傳送至IPC工業控制機.

4 軟件實現

軟件實現包括三方面：Wi 段 C組態界面的設計與開發、駐留在PC機內的通信程序設計和系統底層驅動程序設計.

4.1 Wi 段 C組態界面的設計與開發

Wi 段 C可以實現強大的腳本編程，包括從圖形對象上單個的動作到完整的功能以及獨立于單個組件的全局動作腳本.WiC以 C甚至于WiC至 owsAPI功能均可以在動作腳本中被調用.此外，集成的腳本編程包含了C翻譯器和大量的ANSI-C標準函數.

Wi 段 C 7.0中，增加了Wi.7 owsVista主題風格和外觀的運行界面；全新控件：趨勢、報警、配方等；增加了基于對象的編程模式，面板技術；提供了免費集成高級用戶管理工具SIMATICLogon；增強了安全性，支持Wi 增了 ows防火墻和病毒掃描.

4.2 駐留在PC機內的通信程序設計

LonWorks技術利用DDESever實現網絡和具有DDE功能的windows應用程序間交換網絡變量和信息.使用VC++的DDE設計功能，可以在PC監視節點中實現LonWorks網絡的DDEServer連接，從而完成數據動態交換.

4.3 系統底層驅動程序設計

作為LLonWorks技術的核心，LonTalk協議提供OSI參考模型所定義下的全部七層服務，它使用NeuronC進行編程，通過網絡變量直接面向對象通信.Neuron C是一種強有力的開發工具，它增強了對I/O支持、時間處理、報文傳遞等功能，擴充了顯示報文、網絡變量、多任務調度、軟件定時器、復雜函數等.

5 結語

LonWorks技術的發展為智能建筑系統集成提供了強有力的支持.基于LonWorks技術的設備正在廣泛應用于智能建筑自動化領域.實驗表明，系統具有良好的通用性，可以推廣到其他應用領域，如照明、消防等.

〔1〕鄒益仁，馬增良.現場總線控制系統的設計和開發[M].北京：國防工業出版社，2003.

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〔3〕周云.LonWorks總線技術在智能小區安防系統中的研究與應用.西安建筑科技大學，2011.

〔4〕馬占敖.基于LonWorks技術的智能建筑樓宇自動化系統的研究[J].制造業自動化，2010（6）：98-100.

〔5〕張新房.圖說建筑智能化系統[M].北京：中國電力出版社，2009.

TU 855

A

1673-260X（2013）02-0035-02

云南省教育廳科學研究基金項目（2011Y503）