基于LonWorks技术的安全防范系统研究

2013-07-31刘志华文世敏赵云祥

赤峰学院学报·自然科学版 2013年4期

关键词：智能建筑总线子系统

刘志华,文世敏,赵云祥

（云南机电职业技术学院，云南昆明 650203）

基于LonWorks技术的安全防范系统研究

刘志华,文世敏,赵云祥

（云南机电职业技术学院，云南昆明 650203）

安全防范系统作为楼宇智能化的一个重要组成部分，广泛应用于智能建筑中.LonWorks总线因其很强的可靠性、开放性和灵活性，常常用于连接智能建筑中的子系统.本文介绍了安全防范系统和LonWorks总线的基本概念，提出了一种基于LonWorks技术的安全防范系统设计方案.

安全防范系统；智能建筑；LonWorks总线技术

以计算机技术及信息化为基础的安全防范系统在社会中发挥的作用越来越大.所谓安全防范系统指采用红外、音视频、微波、探测、通信、控制等多种学科技术，利用各种安防产品和设备，为人们提供一个安全的生活和工作环境的系统.达到事先预警、事后控制和处理的效果，保护建筑（大厦、小区、工厂）内外人身及生命财产安全.

GB/T 50314《智能建筑建设标准》中指出：“智能建筑，它是以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务以及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境.”

LonWorks总线技术因为其可靠性高、开放性强和灵活性优等特点，现已广泛应用在智能楼宇和家庭智能化建筑上面.

1 LonWorks总线技术

1.1 LonWorks总线技术概述

LonWorks作为一种现场总线技术，由美国的Echelon公司于20世纪90年代初推出.LonWorks控制技术具有优良的开放性、互操作性、灵活的网络拓扑、网络适应性以及面向对象的网络通信设计等优点，所以，使得LonWorks技术已从工业自控逐步发展运用至安全防范系统中.

LonWorks技术主要特点有：分布式控制、良好的开放性和互操作性、系统网络结构灵活、节约成本和方便维护.

1.2 LonTalk协议

LonWorks协议作为LonWorks系统的核心，遵循由国际标准化组织(ISO)定义的开放系统互连(OSI)模型，包含LonTalk协议和ANSI/EIA 709.1控制网络标准.为满足控制网的可靠和鲁棒的通信标准要求，LonTalk协议为控制应用提供了一个可靠性高、性能高、抗干扰性高的通信机制.

1.3 Neuron芯片

Neuron芯片作为LonWorks技术的核心，由3个8位微处理器、只读式存储器ROM、随机式存储器RAM以及I/O和通信接口组成.操作系统、I/O函数库和LonTalk协议驻存于ROM中；在RAM上则完成存储从网络上下载的配置数据和应用程序.利用Neuron芯片，可以实现直接与它所监视的控制设备及传感器连接，并获得控制设备或传感器的状态，来到达采用控制算法而实现和其它的Neuron芯片进行数据交换的功能.当然，采用LonTalk通信协议，也可以确保节点间使用可靠的通信标准进行互操作.

1.4 LonWorks的结构

协议(LonTalk)、设备、传输介质、管理软件和执行机构等五个部分构成LonWorks控制网络.其中，路由器、网关、智能测控单元等构成设备；LonTalk开放式通信协议及为设备之间交换控制状态信息建立的通用标准构成管理软件；传感器、执行器等构成执行机构.

1.5 LonWorks在安全防范系统中的优势

第一，通过LonWorks技术使安全防范系统互联成一个整体，能够实现集中管理、分散控制.第二，LonWorks技术可以在确保智能化住宅实现所有功能的同时，又使得网络结构简单，布线容易.第三，LonWorks技术可以根据不同的功能要求，在不同的节点上编写相应的控制程序，从而实现良好的可扩展性.

2 安全防范系统

安全防范系统是技术防范和人工防范结合的系统.利用先进的技术防范系统弥补人工防范本身的缺陷，用科学技术手段提高人们生活和工作环境安全度.除了技术防范系统外，还必须有严格训练和培训的高素质安保人员，只有通过人工防范和技术防范的结合才能提供一个真正的安防系统.强大的接警中心和高效的公安机关是安全防范系统的核心.

狭义的安全防范系统就是防盗报警系统，由前端探测器、传输线路（有线或无线）、报警主机（含配套设备）和接警中心四个部分构成.

广义的安全防范系统包括闭路监控电视系统、防盗报警系统、门禁系统、周边防范系统、楼宇可视对讲系统、停车场管理系统和保安巡逻考勤系统等构成.

3 基于LonWorks的安全防范系统设计

基于LonWorks的安全防范系统结构如图1所示.

图1 基于LonWorks的安全防范系统结构图

3.1 安全防范系统原理

整个系统采用总线式结构，由一根LonWorks总线将各功能模块进行连接，而各子系统通过路由器连接到LonWorks总线上.数据处理由iLon服务器进行，并通过以太网连接实现信息共享.系统采用IPC工业控制机进行集中控制.

在系统内部，采用双绞线作为传输介质进行通信，各节点以总线拓扑形式连接.在节点端，分别连接监控报警子系统、可视对讲子系统、门禁子系统、家庭安防子系统等.

由于采用综合布线的方式，优化了布线结构.同时，以LonWorks技术特点实现了智能小区管理中心集中管理、分散控制的功能.

3.2 系统硬件设计

根据图1的安全防范系统结构图，在智能建筑安全防范系统硬件设计中，可以采用总体结构相似，具体子系统相异的方式进行设计.以家庭安全子系统为例，设计多个智能节点，采用LonWorks技术实现智能安防.

系统的结构如图2所示.图中，利用LonWorks总线系统，实现上位机和下位机的操作，结构上由三层网络结构组成：

（1）第一层为计算机管理层，由iLon 600路由器及IPC工业控制机组成.上位机由IPC工控机构成，主要负责对各节点传送数据的管理、显示及打印功能，并通过以太网实现数据共享.而iLon 600路由器是Echelon公司研制的iLon产品，它是一个遵从EIA 852协议，并从LonWorks到IP的路由器，内部采用Echelon公司的LonWorks/IP体系结构和一个32位的RISC处理器.主要负责LonWorks总线和上层以太网之间协议的转换，相当于一个网关.

（2）第二层为控制层，包含小区内所有的智能节点，一户一个.智能节点通过控制设备、Neuron芯片、收发器等对I/O设备进行数据控制和采集.每个控制器拥有n个输入输出口，主要用于接收传感器发出的报警信号，及的进行报警并与各执行设备进行联动.

图2 节点控制网络图

（3）第三层为I/O设备层.设备指的是现场的传感器和执行装置，包括：烟感探测器、煤气泄漏探测器、红外探测器、温感探测器和紧急按钮.这些传感器能对各种信号进行探测，并将探测到的信号通过A/D（或D/A）转换，传送至IPC工业控制机.

4 软件实现

软件实现包括三方面：Wi 段 C组态界面的设计与开发、驻留在PC机内的通信程序设计和系统底层驱动程序设计.

4.1 Wi 段 C组态界面的设计与开发

Wi 段 C可以实现强大的脚本编程，包括从图形对象上单个的动作到完整的功能以及独立于单个组件的全局动作脚本.WiC以 C甚至于WiC至 owsAPI功能均可以在动作脚本中被调用.此外，集成的脚本编程包含了C翻译器和大量的ANSI-C标准函数.

Wi 段 C 7.0中，增加了Wi.7 owsVista主题风格和外观的运行界面；全新控件：趋势、报警、配方等；增加了基于对象的编程模式，面板技术；提供了免费集成高级用户管理工具SIMATICLogon；增强了安全性，支持Wi 增了 ows防火墙和病毒扫描.

4.2 驻留在PC机内的通信程序设计

LonWorks技术利用DDESever实现网络和具有DDE功能的windows应用程序间交换网络变量和信息.使用VC++的DDE设计功能，可以在PC监视节点中实现LonWorks网络的DDEServer连接，从而完成数据动态交换.

4.3 系统底层驱动程序设计

作为LLonWorks技术的核心，LonTalk协议提供OSI参考模型所定义下的全部七层服务，它使用NeuronC进行编程，通过网络变量直接面向对象通信.Neuron C是一种强有力的开发工具，它增强了对I/O支持、时间处理、报文传递等功能，扩充了显示报文、网络变量、多任务调度、软件定时器、复杂函数等.