基于LonWorks的楼宇自动化系统节点设计及组网集成

论文摘要

随着科技的进步,智能建筑得到了广泛应用,楼宇自动化系统是其中的关键之一。传统的楼宇自动化系统由于采用封闭式通信协议而失去了与外部的通信、扩展及互操作等功能。LonWorks现场总线以其出色的开放性、互操作性等特点而能很好地解决上述问题。本文在分析、研究了以神经元芯片、LonTalk协议为核心的LonWorks技术基础上,提出了基于LonWorks的楼宇自动化系统构建方案,完成了主要构件的软、硬件设计,并在上位机中实现了对现场数据的实时监控,组建了楼宇自动化控制网络。实现LonWorks技术的关键在于开发智能节点。首先,本文开发的温控节点基于Neuron芯片设计,控制模块由神经元芯片MC143150和电力线收发器PLT-22构成,外围电路增设D/A模块,可同时完成数据采集与控制。该节点采用流行的电力线通信介质,数据通信无需单独布线,节省了安装及维护费用。其次,本文开发的LonWorks MIO节点属于基于主机的节点类型,由包含Neuron芯片的TP/FT-10F闪控模块和AT89C2051单片机构成,其输入输出端口数目可以依据客户的需求灵活配置。TP/FT-10F闪控模块作为一个总线协议处理器解决单片机与LonWorks网络间的连接和通信问题,2051单片机作为主处理器负责对现场设备的数据采集和处理。两者之间的通信采用神经元芯片的串行Neurowire对象的模式来实现。两节点的软件编写完全依照LonMark标准,可完全与其他厂家的LonWorks产品实现互操作。最后,将开发出的MIO节点应用于新风空调控制系统中,根据系统的结构及控制要求,利用LNS Plug-in为功能模块配置属性,从而完成网络变量在功能模块间的传输。上位机监控利用InTouch软件实现,通过建立动态数据链接DDE（Dynamic Data Exchange）,可完成状态监控、实时报警、数据查询等功能,从而构成了完整的网络控制解决方案。上述系统经过实验装置的调试与测量,表明性能良好,验证了本文研究成果的有效性和实用价值,具有一定的推广意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 楼宇自动化系统的发展及现状
• 1.2 LonWorks 技术的发展及应用
• 1.3 选题背景及意义
• 1.4 课题来源与主要研究内容
• 第2章 LonWorks 技术与楼宇自动化
• 2.1 LonWorks 核心技术
• 2.1.1 LonTalk 协议
• 2.1.2 神经元芯片
• 2.2 LonWorks 技术展望
• 2.2.1 LonWorks 技术与Internet 的融合
• 2.2.2 电力线载波技术
• 2.2.3 LonWorks 技术是跨行业的标准
• 2.3 楼宇自动化系统简介
• 2.4 LonWorks 技术应用于楼宇自动化
• 2.5 本章小节
• 第3章 楼宇自动化系统硬件设计
• 3.1 系统总体方案
• 3.2 电力线温控节点硬件设计
• 3.2.1 节点总体设计
• 3.2.2 器件选型及技术说明
• 3.2.3 控制模块电路设计
• 3.2.4 外围电路设计
• 3.3 新风空调多I/O 节点硬件设计
• 3.3.1 节点总体结构
• 3.3.2 主控核心模块设计
• 3.3.3 节点外围电路及扩展模块
• 3.4 节点与PC 机接口设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 楼宇自动化系统软件设计
• 4.1 软件设计总体方案
• 4.2 现场节点的LON 网络通信
• 4.2.1 网络变量的构造
• 4.2.2 网络变量的通信
• 4.3 温控节点软件设计
• 4.3.1 数据采集软件设计
• 4.3.2 数据控制软件设计
• 4.4 新风空调节点软件设计
• 4.4.1 主程序流程
• 4.4.2 通信模块设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 组建楼宇自动化控制网络
• 5.1 LonWorks 控制网络设计
• 5.2 基于MIO 节点的新风空调控制网络
• 5.2.1 基于LON 总线的空调系统架构
• 5.2.2 新风空调子系统概述
• 5.2.3 新风空调功能块配置
• 5.3 上位机HMI 监控
• 5.3.1 InTouch 组态软件
• 5.3.2 LON 网与InTouch 通信
• 5.3.3 新风空调系统上位机监控
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢