基于LonWorks技术的智能调光节点的设计

基于LonWorks的教学楼智能照明的设计徐木政【摘要】本文通过认真分析教室内的光照，按照预设条件，设计出一种基于LonWorks技术的教学楼智能照明控制系统。

系统能自动调节教室内的灯光的照度以达到理想的照明，在为师生提供良好教学环境的同时达到节能减排的目的。

%By a careful analysis of the light in the classroom, according to a preset condition, this paper designs the intelligent lighting control system of teaching building based on LonWorks technology. The system can automatically adjust the illumination lights in the classroom in order to achieve the desired lighting, which provides a good learning environment for teachers and students and at the same time achieves the purpose of energy saving.【期刊名称】《湖南工业职业技术学院学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】3页(P17-19)【关键词】LonWorks;教学楼;智能照明【作者】徐木政【作者单位】福建水利电力职业技术学院，福建永安，366000【正文语种】中文【中图分类】TP334.7伴随着我国教育信息产业技术的不断发展，传统校园模式发生巨变，而智能化无疑是现代校园建设的发展方向。

教室是孩子们最重要的学习、成长环境，然而，教室照明设备老化、使用不当等因素造成教室照明环境不舒适，既影响了教学效率，也是导致学生近视的主因之一。

摘要学习了专业课照明技术，使我们对智能照明有了理论上的认识。

为了进一步掌握使用的技术，根据教学要求我们组使用工科大楼414实验室的建筑电气与智能化教学模拟设备YL712作为课程设计对象，依照给定的要求设计并完成照明系统灯具的智能控制。

本次设计主要采用了LONWORKS现场总线技术，首先将照明设备接线集成为完整系统，使用LONMaker+LNS DDE Server+组态王软件6.52开发监控系统。

为了扩展系统我们的方案选用组态王6.52软件中WEB站点发布功能，利用C(Client)/S(Server)工作模式通过交换机组建楼宇局域网，同时此种方法也有利于连接外网以便业主随时随地能够WEB访问来监控楼宇照明状态。

关键字LONWORKS总线，组太监控系统，智能照明，局域网WEB访问1绪论1.1引言现场总线控制技术是计算机控制系统中的最新技术，是一种开放式、全分布式的网络控制技术。

控制过程直接面向现场，各现场智能节点相互独立，又可相互组态，构成一个开放式全分布式、可扩展的网络控制系统。

1.2设计概述随着用户对居住和办公环境品质要求的不断提升，传统的照明内涵已不能满足现代建筑的要求。

智能照明以智能能化的控制方式，灵活的布线方式，低廉的运行成本，成为了现代建筑电气照明技术的发展趋势，成为了现代智能建筑的首选。

同时科技的发展、社会的进步，使智能照明的实现成为可能，许多高级建筑物（例如：商务大厦、会展中心、党政机关、企事业单位办公楼，高级宾馆，高级写字间）内包含的楼宇设备设备和不同功能的子系统越来越多，越来越复杂。

在现代生活中，建筑物业主希望整个系统具有更高的性能、更高的效率和相对低的维护扩展费用。

但由于不同厂商提供了不同功能的产品和子系统，采用了不同的通信协议，因此将造成各子系统有不同的通信速率、不同的编码格式和不同的通信规则，致使各子系统间实现互操作和系统互连将很困难，实现智能建筑的系统一体化集成更就无从谈起。

第23卷第1期2007年2月 哈尔滨商业大学学报（自然科学版）Journal of Harbin University of Commerce （Natural Sciences Edition ）Voi.23No.1Feb.2007收稿日期：2006-03-23.基金项目：黑龙江省研究生科研创新资金项目（YJSCX2006-170HLJ ）.作者简介：徐跃峰（1981-），男，硕士，研究方向：自动控制技术.基于LonWorks 技术的智能调光节点的设计徐跃峰，张晓兰（哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院，哈尔滨150028）摘 要：阐述了Mini EVK 工具开发节点的过程，并利用Mini EVK 工具开发一个智能调光节点，实现根据现场环境的光线来自动调节灯光的功能.与目前的调光节点相比，它更智能化、更节约能源.关键词：Mini EVK ；智能调光；LonWorks ；Nodebuiider 中图分类号：TP273 文献标识码：A文章编号：1672-0946（2007）01-0096-03Design of intelligent node for adjusting lights based on LonworksXU Yue-feng ，ZHANG Xiao-ian（Schooi of Computer and Information Engineering ，Harbin University of Commerce ，Harbin 150028，China ）Abstract ：This paper iiiustrates the process of use Mini EVK to deveiop a node ，and use it deveiop an inteiiigent adjustabie iighting node ，which impiement the function of automatic adjusting iighting according to iuminance in circumstance.It is more inteiiigent and econo-mized than normai adjustabie iighting node.Key words ：Mini EVK ；inteiiigent adjustabie iight ；LonWorks ；Nodebuiider美国埃施朗（Echeion ）公司是LonWorks 平台的创立者.该平台是全球应用最广泛的总线标准之一，用于连接如家用电器、温控器、空调、电表和照明系统等日常设备并把它们连接到因特网上.LonWorks 技术是应用最广泛的现场总线技术之一.目前采用LonWorks 技术的产品广泛地应用于工业、楼宇、家庭、能源等自动化领域［1］.随着“智能”光开关、恒温器和其他简单设备和传感器等迅速成长、价格易波动的市场的形成，对于一个利用LonWorks 技术进行开发的工程师来说，就需要评估控制网产品或生产线的Lon-Works 平台的可行性，Mini EVK 是一个基于Lon-Works 技术平台的控制网络的评估开发工具，在初期不需要很大的投资的条件下，利用Mini EVK 可以使开发者得到更多的网络技术，Mini EVK 提供了很理想的多种多样的评估和编程环境，显著地加速产品的开发.1 Mini EVK 的组成Mini EVK 由4个硬件部分组成：两个评估板，输入/输出（I /0）板，供电电源和USb 网络接口卡.评估板有双绞线型号（FT ）和电力线型号（PL ）两种.双绞线型号套件评估板使用埃施朗公司的自由拓扑智能收发器，避免了其他产品，如RS -485存在的布线受限情况的出现.板上还提供有用于设备原型器件试验的空间.每一个套件中，包括两个评估板，一个是基于Neuron 3120核心的智能收发器，片上包括fiash 存储器、RAM 、收发器和3个8位的CPU ；一个是基于Neuron3150核心的智能收发器，支持外部存储器扩展，配置有64K 字节的外部Fiash 存储器.2 Mini EVK和Nodebuiider开发工具比较Nodebuiider是基于Lon神经元芯片进行智能节点开发的工具，它是目前最为常用的节点开发工具之一，适合较大节点应用的开发.Mini EVK评估套件是一种功能强大的、低成本的工具，既可以用来评估LonWorks技术，又可以用来开发Lon-Works控制网络的设备.特别适合控制系统开发人员、集成商、设计工程师、教师和学生使用.Mini EVK将配置灵活的硬件平台和示例Neuron C程序以及Neuron C编译器有机地结合在一起.用户可以在几分钟之内，就可以搭建起一个实用的双绞线或电力线的控制网络的实验环境，继而可以编写、编译和下载自己设计的新应用程序.如表l所示，在某些特性上对Mini EVK和Nodebuiider作了比较.表1 Mini EVK和Nodebuilder对比特性Mini EVK评估套件Nodebuiider开发工具Neuron C编译器有有每个设备上的网络变量数量最多32个最多62个每个设备生成的应用程序代码限制最大32K字节最大64K字节网络安装工具能够装载应用程序完整的网络安装和测试工具目标硬件带有Fiash存储器的评估板带有Fiash和RAM的开发平台Mini EVK评估套件减去了向导程序、调试器和开发环境，但功能上并没有削弱，它既可以作为一个评估工具，又可以当作一个开发工具，它简化了开发和评估流程，使用内置资源编辑器，进行快捷的资源定义和编辑.应用Mini EVK可能只花较少的时间和金钱取得更大的价值，该技术可以添加到简单如照明开关或复杂如工业机器和商务大楼系统控制器那样的设备上.Mini EVK评估套件对任何人都是物超所值的工具，价格不到以前开发工具包（Nodebuiider、Lonbuiider）的十分之一.3 智能调光节点的开发智能节点开发包括六个步骤［2］：l）确定节点的硬件；2）建立节点的应用程序；3）对节点存储空间编程；4）安装节点；5）装载节点；6）测试节点.以开发智能调光节点为例，使用Mini EVK工具做如下工作：l）运行Mini EVK建立一个Neuron C应用程序映像；2）添加用户应用程序代码编译；3）装载这个应用程序映像到评估板中；4）测试这个应用程序.3.l 智能调光节点的硬件设计智能调光节点的主要功能是自动根据现场环境来控制灯光的亮度.其硬件连接如图l所示，主要由Neuron3l5O芯片、触发器、编码器、过零检测电路、光传感器组成.Neuron3l5O内装有MAC、网络、应用三个微处理器，E2PROM，RAM，并支持外部存储器；还包括一个I/O模块，提供网络通信、时钟和计数器以及控制接口.Neuron3l5O芯片通过I/O模块的ll个引脚（I/OO-I/OlO）与其他设备互连，这些管脚可以根据不同的设备的需要，灵活地配置成直接I/O对象、并（串）行I/O对象、定时/计数器输入对象，包括位输入、输出、并行I/O、多总线I/O对象、串行输出等34种预编程设置.过零检测电路将电源电压的过零脉冲通过IO_6引脚输入，IO_O为可控硅的触发脉冲信号输出口，IO_7口用于接收来自光传感器的数据；电灯接在22O V 的交流电源上；编码器调节触发信号的占空比，来改变可控硅的输出整流电压，达到调节亮度的目的.图1 调光电路示意图3.2 节点应用程序的开发该智能调光节点的应用程序采用Neuron C语言编程，Neuron C是以ANSI C为基础，专门为神经元芯片而设计的编程语言，同时加入通信、事件调度、分布数据对象和I/O功能，是编写神经元芯片程序的最为重要的工具［3］.节点应用程序在Mini EVK评估板上测试并调试，它独立于硬件设计.该智能调光节点的应用程序主要有两个功能.・79・第l期徐跃峰，等：基于LonWorks技术的智能调光节点的设计l）根据现场光线自动调光先由光传感器定期采集现场可见光信号转换为电流信号，再经A/D转换成数字信号后，作为网络变量（nvigvahue）从IO_7口输入，该节点应用程序把nvigvahue值与事先设定的两个值brightness_ H和brightness_L比较，如果nvigvahue大于bright-ness_H，说明现场的光线较强，则关灯；如果nvigvahue小于brightness_L，说明现场的光线很弱，则打开灯；如果nvigvahue值处于brightness_L和brightness_H之间，说明现场光线较弱，需要开灯，灯的亮度视nvigvahue值而定，nvigvahue值越大，灯越亮.从而达到根据现场环境的光线来智能调节电灯的亮度的效果.2）上位机控制调光Neuron3l50芯片根据检测到的交流过零信号和上层程序给定值，在延迟一定时间后，在IO_0口向可控硅的控制电路发出触发信号，驱动可控硅电路调节输出电压，达到调光的目的.该智能调光节点的应用程序的主要Neuron C 代码如下：//编译器指令#pragma enabhe_io_puhhups；//使3l50芯片上拉电阻有效#pragma set_node_sd_string"@0."#inchude<netdbg.h>#inchude<snvt_rg.h>//设定I/O对象int vswitch=l；const unsigned hong brightness_L=280；const unsigned hong brightness_H=64；network input hong nvievahue；network input hong nvigvahue；hong evahue；network input sd_string（"@0Il."）SNVT_obj_ reguest nvi00reguest；network output sd_string（"@0I2."）SNVT_obj _status nvo00Status；//声明triac对象IO_4用于输出触发脉//冲，IO_4用于输入过零检测脉冲，选用//6号内部时钟，脉冲上升沿有效.IO_0output triac puhse sync（IO_4）chock（6）chockedge（+）zeroin；//开关打开时triac对象开始运行when（vswitch==l）｛io_out（zeroin，evahue）；｝//接受上层来的NV值when（nv_update_occurs（nvievahue））｛evahue=nvievahue；io_out（zeroin，evahue）；｝//网络变量的更新when（nv_update_occurs（nvigvahue））｛if（nvigvahue>brightness_H）｛evahue=320；｝ehse if（nvigvahue<brightness_L）｛evahue=l；｝ehse evahue=nvigvahue/2；io_out（zeroin，evahue）｝//reset事件when（reset）｛io_out（zeroin，327）；｝把智能调光节点的应用程序装载到Mini EVK 的评估板中，通过ISI（Interoperabhe Sehf-instahha-tion）协议连接，然后该应用程序就可以利用输入/出网络变量（NV）的更新来与评估板交换数据，并进行测试.4 结语本文选用LonWorks技术平台中的Mini EVK 工具来开发智能调光节点，来实现根据现场光线来自动调节灯泡的功能，这种智能调光节点比目前的远程主机控制调光更节约能源，节省人力.该智能调光节点可以应用在城市路灯控制、工厂、楼宇、家庭里［4］，在建设节约型社会的今天，它必将得到广泛的应用.参考文献：［l］阳宪惠.现场总线技术及其应用［M］.北京：清华大学出版社，l999.［2］马莉.智能控制控制与Lon网络开发技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003.［3］杨育红.Lon网络程序设计［M］.西安：西安电子科技大学出版社，200l.［4］王际业，林锦国，张光明，等.基于LonWorks技术的远程灯光集中控制系统［J］.现代电子技术，2004（3）：l-4.・89・哈尔滨商业大学学报（自然科学版）第23卷。

上海交通大学硕士学位论文基于LME2200及Lonworks技术的智能灯控节点设计姓名：喻小香申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：黄佩伟20070101基于LME2200及Lonworks技术的智能灯控节点设计摘要随着社会经济日益发展，灯光除了具有传统的照明意义，同时也越来越成为美化城市和人们生活的风景线，因此，灯光设备的控制和管理就相应地成为了城市公共事业管理的一个重要组成部分。

纳入城市灯光控制系统的有道路照明监控、建筑泛光照明监控、广场照明监控、桥梁照明监控等部分。

越来越多的灯光使管理部门的工作日益加重，传统的灯光控制手段逐渐不能适应管理需求。

设计一个通信可靠、管理科学、易于扩展的灯光控制系统对于节约国家能源、促进我国经济发展、提高城市管理水平具有重要意义。

电力线遍布于所有灯光设备之间。

利用现有的电力线传输数据信息，实现远程数据采集和通信，使通信信道与供电信道共用，可以方便施工，缩短工期、降低了成本。

然而，电源线并非一种理想的通信介质，其高噪声、低阻抗、强衰减的特性对电力线载波设备提出了很高的要求。

为了克服电力线信道的衰减和多径干扰等，本文采用了专门针对我国电力线较差的信道条件而设计的集成的电力线调制解调芯片LME2200。

它采用正交多载波调制解调技术，能有力地克服信道干扰、减小衰减，因而具有很好的传输性能。

另外，此芯片内置了数模转换电路DAC和模数转换电路ADC，这样很容易和前端模拟电路接口，方便使用者进行相应的开发设计。

同样地，由于电力线信道固有的衰减特性，使得电力线载波传输距离有限（通常小于3公里），从而限制了其在大范围灯光控制系统内的使用。

Lonworks技术提供了把电力线信道与IP信道无缝连接的解决方第II页案，使信号的传输不再受距离和通信介质的影响。

同时，Lonworks拥有一切必要的组建来实施全方位、开放性、互操作性强、易于与现有数据网络连接的控制系统，使大范围、全方位的灯光控制管理集中化成为可能。

一种应用LONWORKS控制模块的现场智能节点的设计（上海大学自动化系，上海200072）［摘要］本文首先简要地介绍了LonWorks现场总线技术以及LonWorks控制模块，在此基础上提出了一种LonWorks控制模块与MCS－51单片机并行通信节点的组成原理及其设计与实现。

［关键词］现场总线 LonWorks 并行通信神经元芯片1 引言现场总线是在自动化领域中出现的一种崭新的控制技术，它以其全数字化、全分散式、全开放性、互操作性以及开放式的互连网络等特点为传统的自动控制系统带来了革命性的变革，已成为未来控制系统的发展方向。

在众多流动的现场总线中，由美国Echelon公司研制的LonWorks现场总线是唯一遵循了国际标准化组织ISO定义的开放系统互连OSI全部7层模型的现场总线标准，因其能充分满足未来发展对测控网络的要求，具有广阔的应用前景。

Lon Works现场总线技术的优势在于其高性能低成本的网络接口产品、含3个CPU的超大规模Neuron 芯片、固化的LonTalk通信协议以及方便的开发调试服务工具。

实现LonWorks 技术的关键是LonWorks智能设备，即控制网络节点的应用开发。

本文将着重讨论并提出了一种LonWorks控制模块与MCS－51单片机并行通信节点的组成原理及其设计与实现。

2 原理2.1 神经元芯片神经元芯片是LonWorks技术的核心，它有3个CPU，每个CPU各自分工不同，如图2—1所示。

CPU－1是介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的第一和第二层，包括驱动通信子系统硬件和执行MAC算法。

CPU-2是网络处理器，它实现LonLalk协议的第三到第六层，包括处理网络变量、寻址、事件处理、软件计时器、网络管理和路由等，同时还控制网络通信端口，发送和接收数据包。

CPU－3是应用处理器，它执行用户的代码以及用户代码调用的操作系统命令。

CPU－1和CPU－2用共享存储区中的网络缓存区进行通信。