Q2686無線CPU和LonWorks的無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

摘要 主要利用Q2686無線CPU結(jié)合LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)設(shè)計(jì)出一種多功能無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)。該無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)有LON電力線接口(或LON雙絞線接口)和RS485總線接口，具有遙控、遙測(cè)及定時(shí)控制等功能，可以采集水表、電表、煤氣表等智能儀表的數(shù)據(jù)，并通過GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸將數(shù)據(jù)傳輸給中心站網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，也可以響應(yīng)中心站的數(shù)據(jù)請(qǐng)求和控制。
關(guān)鍵詞 LonWorks Q2686 無線CPU 網(wǎng)關(guān) 測(cè)量 控制

引 言
多功能無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)是應(yīng)用在樓宇能源監(jiān)控系統(tǒng)中。樓宇能源監(jiān)控系統(tǒng)主要由計(jì)量終端(電能、水、燃?xì)?、燃油等智能?jì)量終端)，現(xiàn)場監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，信息遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)，能源監(jiān)管中心等幾方面組成。無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)的功能主要是通過現(xiàn)場監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(LON，保留 RS485)對(duì)計(jì)量終端進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)通過Internet傳送到能源監(jiān)管中心。本無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)也可以作簡單修改以適應(yīng)更多的應(yīng)用場合。
在傳統(tǒng)的樓宇能源監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)絕大多數(shù)采用串VI通信(RS485)接口和Modbus通信協(xié)議，信息遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)也主要通過有線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)傳送到能源監(jiān)管中心。串口通信(RS485)接口和有線遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)存在多種不足，如不支持多種通信介質(zhì)、只能是主從式通信、不同廠家產(chǎn)品的通信協(xié)議各不相同、有線遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)布線困難等。為了解決上述技術(shù)上存在的問題，本設(shè)計(jì)采用Q2686無線CPU和LonWorks技術(shù)來實(shí)現(xiàn)具有遙控、遙測(cè)及定時(shí)控制于一體的多功能無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)。

1 Q2686無線CPU介紹
Q2686是Wavecom公司新一代無線CPU Q26系列的一員，采用ARM9 32位內(nèi)核的中央處理器，104 MHz，30 MIPS，32 Mb閃存和16 Mb的RAM，2個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個(gè)USB 2．0接口，1個(gè)并口，2個(gè)RS232串口，最多可配備44個(gè)GPIO，4頻段(GSM 850／900／1 800／1900 MHz)。Wavecom公司專有的Open AT軟件開發(fā)套件，是性能很好的嵌入式蜂窩網(wǎng)絡(luò)開發(fā)環(huán)境。通過Open AT的WIP(TCP／IP協(xié)議棧)插件，可以方便地在產(chǎn)品上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開發(fā)。WIP插件還可以配合C－GPS插件或Wavecom的其他插件一起應(yīng)用，可以方便地進(jìn)行GPS應(yīng)用開發(fā)和TCP／IP的應(yīng)用開發(fā)。

2 LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
LonWorks是由美國Echelon公司開發(fā)的一種完整、全開放、互操作性強(qiáng)、可靠性高、成熟的分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它支持多種通信介質(zhì)，包括雙絞線、電力線、無線(RF)、紅外(IR)、同軸電纜和光纖。LonWorks技術(shù)的核心是LonTalk通信協(xié)議，該協(xié)議提供一套通信服務(wù)，使裝置中的應(yīng)用程序能在網(wǎng)上對(duì)其他裝置發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文而無需知道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、名稱、地址或其他裝置，所有采用LonWorks技術(shù)的產(chǎn)品都遵循LonTalk通信協(xié)議，因此不同廠家的產(chǎn)品可以很方便的接人到同一個(gè)LonWorks網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中去。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①系統(tǒng)具有開放性和互操作性。LonWorks網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點(diǎn)(即智能控制器)通過固化在內(nèi)部的符合OSI七層參考模型的LonTalk網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議互聯(lián)，組成“Peer to Peer”對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。開發(fā)人員只需將主要精力花在系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)方面，而不需要專門去實(shí)現(xiàn)和測(cè)試傳輸線路和通信系統(tǒng)。
②分布式無中心控制。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)靠近現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能完成控制和通信功能，部分節(jié)點(diǎn)故障不會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓。多至9個(gè)監(jiān)控站可隨意安裝在網(wǎng)絡(luò)的任何位置，并且位置也可以隨時(shí)變換，監(jiān)控站之間功能完全對(duì)等，也可以定義成不同級(jí)別。這些特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)和穩(wěn)定性都有著重要的意義。
③系統(tǒng)組態(tài)靈活，開發(fā)周期短，應(yīng)用媒體范圍廣泛。采用不同類型的收發(fā)器，可利用雙絞線、光纜、同軸電纜、電力線、無線、紅外線等多種媒體進(jìn)行信號(hào)傳輸；根據(jù)傳輸距離的遠(yuǎn)近、傳輸速度和現(xiàn)場設(shè)備等具體要求系統(tǒng)，可組成自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或總線型等結(jié)構(gòu)，這些都給系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)升級(jí)改造帶來極大的方便。

3 系統(tǒng)整體框圖
系統(tǒng)整體框圖如圖1所示，GPRS／LON無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)定時(shí)查詢LonWorks現(xiàn)場監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)量終端的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)打包經(jīng)過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)、Internet傳送到監(jiān)控中心的服務(wù)器上；或者是相反的過程，監(jiān)控中心發(fā)出的指令經(jīng)過 Internet、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳送到GPRS／LON無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)，GPRS／LON無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)將相應(yīng)的指令經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳送到具體的某個(gè)計(jì)量終端。

4 無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)
GPRS／LON無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)硬件包括Q2686無線CPU、LON雙絞線／電力線通信接口模塊、RS485通信接口、電源單元。圖2為產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理框圖。