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隨著(zhù)智能化住宅小區的出現，傳統的門(mén)鈴已經(jīng)遠不能適應現代的家庭。人們希望通過(guò)一種新的方式來(lái)了解來(lái)客情況，同時(shí)確保自身的安全性，減少不必要的麻煩。因此各式各樣的門(mén)鈴悄然走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。 從簡(jiǎn)單的叫門(mén)工具，到多功能、綜合型電器，使用者的標準越來(lái)越高，對講系統已成為現代多功能、高效率現代化住宅的重要保障。隨之而生的樓宇對講系統，也隨著(zhù)城市住宅小區的建設和發(fā)展，不斷地推陳出新。從最初的普通單元門(mén)對講，到可視單元門(mén)對講，發(fā)展到聯(lián)網(wǎng)管理，智能樓 宇對講系統已成為一種兼容性強大的綜合系統�？梢哉f(shuō)，智能樓宇對講系統不僅僅是方便住戶(hù)和訪(fǎng)客的電控門(mén)系統，也是小區物業(yè)管理和安防管理必不可少的有效手段，是現代化住宅小區必不可少的設施 。 1 Lonworks總線(xiàn)技術(shù) 一般的可視對講系統大多由單片機與RS-485總線(xiàn)構成，雖然成本低，但受到RS-485總線(xiàn)的限制，在無(wú)中繼的情況下，通信距離不能太遠，通信速率也不能太高，而采用中繼則會(huì )提高成本， 增大設計開(kāi)發(fā)和施工維護的難度。如果采用單純的Lonworks總線(xiàn)，又會(huì )降低網(wǎng)絡(luò )對其他總線(xiàn)設備的兼容性，增加開(kāi)發(fā)成本和設計困難。筆者采用基于單片機與Lonworks的可視對講技術(shù)，不僅可以克服以上缺點(diǎn)，而且能更好地發(fā)揮二者的優(yōu)勢。整個(gè)系統由門(mén)口單元主機和戶(hù)內可視分機組成，在網(wǎng)絡(luò )上視其為不同的通信節點(diǎn)。在普通的通信網(wǎng)絡(luò )中，節點(diǎn)對節點(diǎn)的訪(fǎng)問(wèn)所采用的協(xié)議是不同的，而對于Lonworks網(wǎng)絡(luò )中設備的通信，則只需要采用一種稱(chēng)為L(cháng)onTalk的網(wǎng)絡(luò )標準語(yǔ)言實(shí)現。LonTalk協(xié)議由各種允許網(wǎng)絡(luò )上不同設備彼此間智能通信的底層協(xié)議組成。 LonTalk協(xié)議又稱(chēng)為ANSI／EIA709．1控制網(wǎng)絡(luò )標準，它提供了一系列通信服務(wù)，使得設備中的應用程序能夠在網(wǎng)絡(luò )上同其他設備發(fā)送和接收報文，而無(wú)需知道網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構或者網(wǎng)絡(luò )的名稱(chēng)、地址，或其他設備的功能。LonTalk協(xié)議能夠有選擇地提供端到端的報文確認、報文證實(shí)和優(yōu)先級發(fā)送，以提供規定受限制的事務(wù)處理次數。對網(wǎng)絡(luò )管理服務(wù)的支持使得遠程網(wǎng)絡(luò )管理工具能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )和其他設備相互作用，這包括網(wǎng)絡(luò )地址和參數的重新配置、下載應用程序、報告網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題和啟動(dòng)／停止／復位設備的應用程序。Lonworks系統可以在任何物理媒介上通信，這包括電力線(xiàn)、雙絞線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)(RF)、紅外(IR)、同軸電纜和光纖 。 同時(shí)，LonTalk支持在通信介質(zhì)上的硬件碰撞檢測，LonTalk可以自動(dòng)地將正在發(fā)生碰撞的報文取消，重新再發(fā)。如果沒(méi)有碰撞檢測，當碰撞發(fā)生時(shí)，只有得到響應或應答時(shí)才會(huì )重發(fā)報文。Lonworks采用的是優(yōu)先級帶預測的p一堅持CSMA算法來(lái)實(shí)現碰撞檢測。實(shí)驗表明，36個(gè)節點(diǎn)互聯(lián)，采用普通p一堅持算法，當每秒要傳輸的報文達500～1 000包時(shí)，碰撞率由10％上升到54％；而采用預測p-堅持CSMA算法在500包以下時(shí)碰撞率很低，在500～1 000包時(shí)，碰撞率穩定在10％。在網(wǎng)絡(luò )的MAC層中，為提高緊急事件的響應時(shí)間，必須提供一個(gè)可選擇的優(yōu)先級機制，允許用戶(hù)為每個(gè)需要優(yōu)先級的節點(diǎn)分配一個(gè)特定的優(yōu)先級時(shí)間片(priority slot)。在發(fā)送過(guò)程中，優(yōu)先級數據報文將在該時(shí)間片內被發(fā)送，優(yōu)先級時(shí)間片可分為0～127之間的任意登記，低優(yōu)先級的節點(diǎn)需要等待的時(shí)間較長(cháng)。這個(gè)時(shí)間片加在p一概率時(shí)間片之前(即節點(diǎn)的隨機等待時(shí)間 之前)，非優(yōu)先級節點(diǎn)必須等優(yōu)先級時(shí)間片完成后，再等待P-概率時(shí)間片后發(fā)送，這樣，加入優(yōu)先級的節點(diǎn)具有更快的相應時(shí)間，從而也更能提高網(wǎng)絡(luò )的利用率。 在智能小區的設計中，采用Lonworks總線(xiàn)可以將眾多的控制線(xiàn)路和通信線(xiàn)路集成到廉價(jià)的雙絞線(xiàn)之上，既節約了開(kāi)發(fā)和施工成本，也方便了網(wǎng) 絡(luò )的規劃和管理。 2 系統結構設計 對于整個(gè)園區，采用星型分級網(wǎng)絡(luò )；對于較大型的小區通信系統，可以采用域的管理方式。園區網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示。 圖1 園區網(wǎng)絡(luò )結構圖 所有節點(diǎn)由AT89S52單片機系統和神經(jīng)元芯片TMPN3150B1AF構成核心模塊，加上FTT一10A收發(fā)器和相應的外圍電路構成。神經(jīng)元芯片 有11個(gè)I／O口，可由軟件靈活配置34種不同接口，單片機較強的實(shí)時(shí)控制能力保證了數據間傳輸的實(shí)時(shí)性。整個(gè)系統由多個(gè)子網(wǎng)絡(luò )構成，子網(wǎng) 絡(luò )與子網(wǎng)絡(luò )通過(guò)Lonworks路由器進(jìn)行擴張。各節點(diǎn)通過(guò)Lonworks總線(xiàn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通信，相互之間以雙絞線(xiàn)相連，通信速率為78 kb／s，可視對講系統的視音頻模擬信號通過(guò)視音頻總線(xiàn)傳輸。該方案采用2級總線(xiàn)設計，實(shí)現在同一系統中同時(shí)進(jìn)行多個(gè)通話(huà)的功能。同時(shí)，設置網(wǎng)絡(luò )數據管理機和數據服務(wù)器，實(shí)現實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò )與計算機網(wǎng)絡(luò )的信息共享 。 3 節點(diǎn)硬件設計 節點(diǎn)硬件設計是通過(guò)單片機和Lonworks聯(lián)合控制來(lái)實(shí)現的。節點(diǎn)硬件原理圖如圖2所示。 圖2 節點(diǎn)硬件原理圖 (1)CPU。節點(diǎn)的CPU采用工業(yè)級AT89S52和Neuron Chip家族的TMPN3150B1AF，3150芯片不帶程序存儲空間，因而需要外接外部RAM，存放包括LonTalk協(xié)議、Neuron C庫函數和任務(wù)調度程序的系統映象，存放包括Neuron C編譯器產(chǎn)生的用戶(hù)應用程序代碼和其他特定應用參數的應用映象。3150芯片有11個(gè)應用I／O引腳，這些引腳可以各種方式配置并提供具有最小外擴電路的靈活I(lǐng)／O功能，可通過(guò)軟件設置成34種可選的工作方式。在本系統中，將其設置成方式2，即位輸出(bit output)，用以控制繼電器構成的視音頻切換器 。 (2)收發(fā)器。選用Echelon公司的FTT-10A，通信速率為78 kb／s，帶有變壓器隔離耦合和一個(gè)曼切斯特編碼器，支持多種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。 (3)程序存儲器。選用Winbond公司的W27C512—45，可以很方便地利用LonMaker來(lái)直接下載應用映象，其大容量也為將來(lái)的功能擴展提供了便利。 由于采用了單片機與Lonworks技術(shù)相結合的辦法，不僅兼容了戶(hù)內傳統的監控設備，同時(shí)也提高了網(wǎng)絡(luò )的通信效率和傳輸速率，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統，減少了硬件出錯的可能性，提高了系統的可靠性，大大減輕了硬件設計的工作量。 在工作流程上，一方面當戶(hù)內發(fā)生異常情況，如產(chǎn)生超過(guò)正常濃度的煙霧以及門(mén)窗被非正常開(kāi)啟等，經(jīng)監控設備所采集的相應監控信號將送入戶(hù)內可視分機，經(jīng)51芯片判斷處理后送交神經(jīng)元芯片，經(jīng)過(guò)收發(fā)器送上Lonworks網(wǎng)絡(luò )，并傳輸到管理中心進(jìn)行相應的顯示和報警，從而方便小區管理人員及時(shí)采取應對措施；另一方面有訪(fǎng)客通過(guò)單元主機向戶(hù)內發(fā)送請求，則啟動(dòng)主機上CCD攝像頭，并使相應的視頻切換繼電器吸合，將訪(fǎng)客影像實(shí)時(shí)傳送到戶(hù)內可視分機的顯示器上，方便戶(hù)主辨別。當戶(hù)主開(kāi)啟與門(mén)口主機相連的電磁鎖時(shí)，切斷視頻連接，釋放線(xiàn)路資源以便于其他訪(fǎng)客使用。 4 節點(diǎn)軟件設計 4．1 Lonworks部分 Neuron芯片的編程語(yǔ)言為Neuron C，它是從ANSI C派生出來(lái)的，并對ANSI C進(jìn)行了刪減和增補。例如，Neuron C由事件的發(fā)生來(lái)驅動(dòng)任務(wù)的執行；Neuron的芯片提供了毫秒和秒這2種類(lèi)型的軟件計時(shí)器。 主程序流程如圖3所示。它主要完成的任務(wù)如下：首先對I／O對象和軟件計時(shí)器的定義以及設置變量初始值，判斷是否有“*”信號，并啟動(dòng)計時(shí)器開(kāi)始計時(shí)，計時(shí)器終止時(shí)，Neuron芯片接受新的定時(shí)任務(wù) 。 圖3 主程序流程圖 神經(jīng)元芯片(neuron chip)是Lonworks技術(shù)的核心所在，它是一個(gè)帶有多個(gè)處理器、讀寫(xiě)／只讀存儲器(RAM／ROM)以及通信和I／O接口的單芯片系統。只讀存儲器包含一個(gè)操作系統、LonTalk協(xié)議和I／O功能庫。Neuron C是一種基于A(yíng)NSI C并為神經(jīng)元芯片設計的一種編程語(yǔ)言，它對ANSI C進(jìn)行了擴展以直接支持Neuron芯片的固件例程。Neuron C語(yǔ)言包括一個(gè)內部多任務(wù)調度程序、一個(gè)Run—Time函數庫，采用的是事件驅動(dòng)編程結構。整個(gè)接點(diǎn)的軟件功能都是由若干個(gè)事件驅動(dòng)完成。 對于單個(gè)節點(diǎn)，軟件設計包括初始化，讀取輸入數據，更新網(wǎng)絡(luò )變量，定時(shí)控制和執行輸出控制操作等任務(wù)。 而對于園區網(wǎng)絡(luò )，則將總線(xiàn)控制權交由管理中心掌握，其他節點(diǎn)如有總線(xiàn)占用需求，需要向管理中心發(fā)出請求，等待管理中心發(fā)出請求響應命令；而當節點(diǎn)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)程序結束后，管理中心會(huì )發(fā)出釋放總線(xiàn)命令，終止節點(diǎn)對總線(xiàn)占用，以方便其他節點(diǎn)對總線(xiàn)的訪(fǎng)問(wèn)。 4．2 單片機部分 單片機部分CPU采用ATMEL公司生產(chǎn)的工業(yè)級AT89S52芯片，這種芯片是AT89C51的工業(yè)版本，具有抗干擾能力強和價(jià)格低廉的特點(diǎn)。單片機系統軟件需要實(shí)現的基本功能如下： (1)待機功能。平時(shí)(無(wú)控制操作時(shí))，戶(hù)內可視分機和單元主機均處于待機狀態(tài)，射頻模塊、單元主機攝像頭以及戶(hù)內可視分機顯示屏電源均處于關(guān)閉狀態(tài)。 (2)監控信號采集功能。戶(hù)內可視分機不僅是連接單元主機的節點(diǎn)，更是戶(hù)內各監控點(diǎn)信號采集的中心，當門(mén)磁、窗磁、戶(hù)內紅外、煙感以及緊急信號被發(fā)出時(shí)，都將首先送到戶(hù)內可視分機，由AT89S52進(jìn)行判斷和初步處理，然后轉交TMPN3150B1AF芯片送上Lonworks通信網(wǎng)絡(luò )，傳送到管理中心進(jìn)行顯示和處理。 (3)*功能。通過(guò)戶(hù)內可視分機，可以控制打開(kāi)安裝于單元門(mén)上并與單元主機相連的電磁鎖�？刂栖浖蓞R編語(yǔ)言編寫(xiě)，分戶(hù)內可視分機和單元主機兩部分，由系統不同狀態(tài)的處理和切換組成。 5 結論 采用基于單片機與Lonworks技術(shù)的可視監控系統，不僅不用單獨為L(cháng)onworks網(wǎng)絡(luò )設計專(zhuān)用的監控設備，而且提高了通信網(wǎng)絡(luò )的使用率，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )設計，減少了開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本，使可視化監控更加人性化。 |
