基于LonWorks網絡的智能住宅家庭控制裝置的設計

摘要：針對目前家庭智能化所存在的功能規(guī)劃不詳盡、設備功能單一、運用技術參差不齊等缺點，本文運用現場總線LonWorks技術開發(fā)家庭智能控制系統(tǒng)，來實現家庭中三表計費、三防(防火、防災、防盜)、室內環(huán)境監(jiān)測、廚房設備控制、衛(wèi)生間排風控制等功能。此外，由家庭智能控制裝置及各種測控器件構成的家庭智能控制系統(tǒng)具有擴展能力，多個這樣的獨立系統(tǒng)通過LonWorks總線連接可以構成智能小區(qū)網絡管理系統(tǒng)。此裝置能夠滿足人們的需要，具有廣泛的應用前景。
關鍵詞：家庭控制裝置；LonWorks；神經元芯片；開放性

1 裝置硬件設計
1．1 硬件功能規(guī)劃
智能化住宅家庭控制裝置所實現的功能包括：對住宅居室環(huán)境(溫度、濕度)進行監(jiān)控；對住戶三表(水表、煤氣表、電表)實現遠傳計費；對住戶實現三防(防火、防煤氣泄漏、防盜)；對廚房設備實現時序控制；對衛(wèi)生間實現自動排風控制。其中每個裝置均可作為一個智能節(jié)點，多個節(jié)點構成了智能小區(qū)管理網絡系統(tǒng)(即LonWorks網絡)，在小區(qū)中心設置服務器可實現對整個網絡的管理。此外，家用電腦可與家庭控制裝置通信，實現對室內設備的管理。
1．2 硬件總體設計方案
依據對裝置功能的上述規(guī)劃，可將裝置分為兩部分設計，即Lon控制模塊設計和采集模塊設計。控制裝置以Lon控制模塊為核心，通過對采集電路所采集的各種信號加以作用，完成裝置的各種功能。其中Lon控制模塊包括神經元(neuron) 芯片、存儲器、晶振、收發(fā)器等；采集模塊包括I／O接口電路、光電隔離保護電路、驅動電路、緩沖電路、保持電路、鎖存電路以及A／D轉換電路等；二部分之間通過一個18針雙列直插式板邊連接器和一個6針單列直插式板邊連接器相連，符合模塊化設計，便于安裝與調試。該硬件裝置原理圖如圖1所示。

1．3 Lon控制模塊設計
在該模塊的設計中，涉及到神經元芯片的選擇、存儲器的分配、通信端口的配置問題，分別介紹如下。
1．3．1 神經元芯片選擇
神經元芯片包括Neuron3120xx和Neuron3150，這兩種芯片在功能上大體相同，只是3120芯片內含有2k存儲器，多用于功能較少而不需要擴展存儲器的硬件構造中；而Neuron3150芯片內部具有0．5k EEPROM、2k RAM存儲器，可外擴存儲器來存儲信息，可以用來開發(fā)更為復雜的應用系統(tǒng)。本文選用Neuron3150芯片作為開發(fā)裝置的核心器件。
1．3．2 通信端口配置
Neuron3150芯片的通信口可與多種傳輸媒介接口(即網絡收發(fā)器)相連接，以實現較寬范圍的傳輸速率。同時，各種不同類型的網絡收發(fā)器的配置，也為選擇不同通信媒介提供了條件。本設計中的家庭控制裝置采用FTT-10型收發(fā)器配置，利用雙絞線實現與家用電腦以及整個小區(qū)管理網絡的信息傳遞。FTT-10型收發(fā)器采用變壓器隔離，可以實現高隔離、高抗擾，其傳輸距離可達2700米、傳輸速率達78 kb／s，可滿足裝置與上位機信息傳遞的要求。Neuron3150芯片的通信端口可以配置成三種工作方式：單端工作方式、差分工作方式、專用工作方式。不同工作方式所對應的引腳定義不同，如表1所示。