摘要： 本文着重阐述了智能楼宇中的Lonworks 技术楼宇环境监控系统特点与技术现状，结合案例提出了产品设计及应用方法。
关键词： 智能楼宇 Lonworks；DDC设计；施工；集成；管理 中文图书分类号： TU855
1.前言
智能建筑的概要于20 世纪80 年代诞生于美国，我国对智能建筑技术的研究始于20 世纪90 年代，从1995 年开始，国家和相关行业协会陆续出台了与智能建筑技术相关的法律法规和标准，这表明我国的智能建筑建筑已步入规范有序、健康的发展时期。
（一）BAS（楼宇自动控制系统）的组成
1.1前端节点
BAS的前端设备是现场各类信息的汇总和执行设备，简称DDC。它可以将前端信息（输入输出信息和模拟输入输出信息等）通过传感器和执行器实现信息转换和执行。
1.2中间传输层
BAS的中间层设备就是网络传输部分，它是骨干网络材料（如电缆光缆等），路由器、网桥或重发器，PC网卡或串卡设备等组成，其主要功能是实现和保障网络信号的传输。
1.3后端管理
BAS的后端设备的展现方式是一般为PC端显示，操作软件常规是BS构架或CS构架，多数结合IBMS系统一同展示。
（二）BAS的产品设计
Lonworks由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。Lonworks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。
2．DDC分类
数字量输入设备
数字量输出设备
模拟量输入设备
模拟量输出设备
混合设备
数字量输入设备用于接入现场设备的运行状态，如启停状态、开光状态等，常用与接入干触电设备或器件的输出端；
数字量输出设备用于控制现场设备的开关启停，如闭合供电回路等，常用与连接干触电设备或器件的输入端；
模拟量输入设备用于接入现场设备的运行参数，如温湿度数值、可调灯光的亮度参数等，常用与接入传感器的输出端；
模拟量输出设备用于调节现场设备的运行参数，如设定温湿度参数、调节线性阀门的开启度、可调灯光的亮度调节等，常用与输出给执行器输入端；
混合设备用于现场需要简单的逻辑处理，同时具备多种输入输出需求的场合，实现经济与功能的结合；
2．1产品设计特性分析
Lonworks技术中产品的技术核心是神经元芯片（Neuron Chip），其主要特点如下：
内涵3个8位CPU；
具备11个可编程I/O引脚；
内含Lontalk协议固件；
每个Neuron芯片含唯一48位的Neuron ID；
基于神经元芯片可编程I/O引脚设计扩展的输入输出功能，如：8DI8DO8AI2AO产品，该产品具备8路DI输入与8路DO输出，同时仅占用了神经元芯片11个可编程I/O通道的6个，空余出3个通道，便于做其它拓展应用。
2.1.1 数字量DI的设计
数字量DI在设计时，采用了光隔离输入模式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆节点直流电压24伏作为输入通路的电压，提高了节点输入信号的稳定性和抗干扰性；光电隔离方式隔离了外部干扰进入节点内部元器件的可能；单通路与其它通路隔离冗余了节点的输入通道冗余，提高了经济性；利用IC74AS151的8通道输入，结合IC74HC138的译码功能拓展输入通道；
……
IO_9 input bit io9 定义神经元芯片的第9个I/O引脚功能为数字量输入功能
tempnv[0 + k*8] = io_in（io9）读引脚9上的实时数据
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2.1.2数字量DO的设计
数字量DO在设计时，采用了继电器隔离输出模式。使用微型继电器二级干触点作为输出通路，提高了节点输出信号的稳定性和无源性；输出单通路与其它通路隔离冗余了节点的输出通道冗余，提高了经济性；利用IC74HC259的8通道输出拓展输出通道；
……
IO_7 output bit io7 定义神经元芯片的第7个I/O引脚功能为数字量输出功能
io_out（io7，1） 写引脚7的数据为1，即在7脚上加5伏高电平
……
2.1.3 模拟量AI AO的设计
模拟量节点设计时，采用了PCF8591。PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口，3个地址引脚A0，A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。
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IO_8 i2c io_i2c_bus； 将神经元芯片上特许的I2C总线引脚IO-8，IO-9与PCF8591的SDA SCL相接，建立I2C通信机制。
io_out（io_i2c_bus，&ad_cntrl，AD_ADDRB，1）
io_in（io_i2c_bus，adbuff_B，AD_ADDRB，5）
通过 I2C读写 PCF8591的实时数据
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2.1.4抗干扰设计
由于工程设备一般都安装于复杂的电磁环境中，其自身各部分与周围其它用电设备之间，都不可避免地存在各种形式的电磁干扰和设备充放电干扰.为了保证信号采集和传输的精确性，延长硬件使用寿命，节点在设计上必须结合自身特点，采用有关接地、屏蔽和滤波的适当处理，有效减小电磁干扰的影响.针对收发器FTT-10A，设计抗干扰电路时，应主要围绕印刷电路板上星形地结构和火花隙的设计.对于静电放电（ESD），在印刷电路板（PCB）设计中，采用火花放电隙，能够削弱到达收发器和后续缓冲器电路的ESD能量，使用箝位二极管，能大大增强节点承受来自网络连接端的ESD能力.对于电磁干扰，应尽量保证强噪声源（如DC/DC变换器、时钟电路等）远离收发器FTT-10A.
（一）BAS应用技术分析
某项目位于上海市，主要建筑面积约6000平米的美术馆。结合美术馆管理方的要求实现馆区内分区域的藏品展示环境温湿度的实时监控，馆区内部分灯光系统的联动调节，馆区外景观大道的灯光联动以及草坪灌溉的定时控制。
数字量DI用于指示信号的输入，如藏品区内的计划灯光是否已点亮，精密空调系统是否工作正常或处于某种故障状态；数字量DO用于执行信号的输出，如依照时间计划开启藏品区内的灯光，室外草坪灌溉系统是否需要开启工作；模拟量AI用于指示信号的参数输入，如藏品区内的可调灯光是否到达设定的亮度，精密空调系统的温湿度状态是否到达设定参数；模拟量AO用于执行信号的参数输出，如藏品区内的灯光是调整到设定的亮度，精密空调系统的温湿度参数调整等；
结合现场项目的实际需求，归纳出用于BAS系统的输入输出有数字量输出 26点位，数字量输入64点位，模拟量输入25点位，模拟量输出18点位。设备如下：
现场DDC节点（32DI16DO模块）8
现场DDC节点（8AI2AO模块）4
现场DDC节点（精密空调接口模块）5
PC上位机 1
Lonworks网络接口 1
操作软件 1
（二）结论
由于Lonworks是一种具有灵活性，开放性，可扩充性的网络技术，在楼控系统BAS设计和应用的优势非常适合我国的国情，在消化和移植国外先进的技术的基础上，开发研制符合中国国情的Lonworks技术产品。
参考文献：
[1]石立新.数据通信与计算机网络课程考试改革探讨[J].教育教学论坛，2015（03）:87-88.
[2]刘祥臣.计算机网络在智能建筑中的应用[J].中国新通信，2014，16（10）:75.
[3]贾慧潇.基于LonWorks现场总线技术的节点开发与应用[D].燕山大学，2006.
论文作者:刘承坚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/7
标签：节点论文; 设备论文; 数字论文; 神经元论文; 现场论文; 模拟量论文; 信号论文; 《基层建设》2018年第33期论文;