基于Lon Works总线的智能小区安防系统设计

杨烈君，杨慧玲，钱庆平

(宁德师范学院计算机系，福建 宁德352000)

近年来，计算机技术，传感器技术以及自动控制技术迅猛发展，智能小区作为信息时代的必然产物也应运而生，其以物联网技术为核心，充分利用现代通信技术，为住户提供便利快捷的信息通讯服务，安全舒适的生活居住环境以及高效智能的物业管理功能，它包括安保消防系统、信息管理监控系统和通讯网络系统功能。

1 智能小区安防基本功能

闭路电视监控与报警系统是在小区出入口、公共场所、停车场入口、住宅进入口门厅安装监控设备进行现场实况24小时全天候防范监视。它主要由摄像部件、传输信道、控制与显示部件等组成。

住宅入口可视对讲系统实现了住房、访客、控制中心三方之间的可视声音通信。它由楼门主机、电磁锁、室内分机等部件组成，避免无关人员进入。

保安电子巡更系统是在小区内的重要场所设立巡更点，安保人员定期巡逻，并进行记录。实现指挥中心对安保人员的监控和检查，同时当发生险情时便于安保人员的调度。

2 Lon W orks总线网络

Lon Works采用了面向对象的设计模式，遵守7层网络协议，通过网络变量简化设计参数设置，增强了通信的可靠性。其通讯速率从300bps至15Mbps不等，支持多种通信介质，被誉为通用控制网络，在各行业均被广泛应用。

2.1 Lon W orks硬件

Lon Works网络节点主要由Lon Works芯片处理器、Lon Works收发器和网络设备构成。

Lon Works芯片处理器是一组复杂的VLSI器件，包括有媒体访问控制(MAC)处理器负责驱动通信子系统硬件和执行冲突避免算法;网络(Network)处理器负责处理网络变量、寻址、网络管理、路由等进程;应用(Application)处理器负责执行用户编写的指令以及用户程序调用的系统指令。同时，它的I/O管脚可能过灵活预编程操作为外部硬件提供的介质接口。

Lon Works收发器可采用多种通信介质，双绞线收发器与电力线收发器使用最为广泛，被应用于多种应用设计。

网络设备有路由器和接口卡构成。路由器用于连接不同介质LON总线网络，还能控制网络数据交换和通信速率。接口卡是外部主机的物理接口，其应用程序提供通信协议与应用程序接口API，使得主机程序能够正常访问LON总线网络。

2.2 Lon W orks软件

Lon Works网络节点建成后，通过Lon Talk协议为节点间相互通讯提供服务，将每个节点的网络变量与报文连接起来，通过网络软件系统为全网提供网络监控、配置、管理等网络服务。

3 Lon Works网络安防系统应用

小区安防系统作为一种功能强大的小区弱电布线及智能控制系统，使用一根LON总线即可将各模块进行互连，充分利用Lon Works技术真正实现智能布线与控制的有效结合。整个系统分为三层:监控指挥中心、Lon Works网络以及智能控制器。系统通过Lon Works技术联合成整体，指挥中心实现集中管理与分散控制。小区系统使用总线型拓扑结构，将各个独立系统通过通信信道经路由器接入LON总线;通过iLon服务器完成数据分析处理，接入Internet实现信息交互与共享;通过IPC工控机对各接入节点集中管理控制。

3.1 系统节点硬件实现

Lon Works控制模块核心是神经元芯片，节点的硬件电路主要由神经元芯片、单片机、键盘、LED显示、A/D转换等部分组成。设计选用MC143150芯片，采用扩展的外部存储器AT29C256。收发器采用FFT－10A自由拓扑双绞线收发器，使安装不再受总线拓扑结构局限。信号采集部分由门磁开关、红外侦测、烟雾感应、温度检测等多类传感器组成，采集到了信号经单片机处理分析发出报警信号。各节点通过LON总线网络与监控指挥中心的上位机相连。

硬件电路设计:MC3150与AT89S51接口电路智能节点采用单片机AT89S51为主处理器，与神经元芯片3150芯片接成并行I/O模式。Neuron芯片固件通过握手协议和令牌传递实现同步和防止总线竞争。由于3150芯片握手信号是集电极开路，因此需要外接上拉电阻。3150芯片包含8个数据位和3个控制位，单片机89S51的P0口与其IO0～IO7相连作为8路数据总线，P1.3与握手信号端IO10相连，P3.5与CS信号选通端IO8相连，P1.4进行读写控制。主处理器写数据时，如果单片机89S51收到HS信号为低时，则在选通信号下降沿将数据送入总线;神经元芯片3150收到数据，置HS端为高电平;当数据读取结束，HS被复位，等待下次通信。

收发器接口电路由于系统采用双绞线作为通讯介质，选用FFT－10A自由拓扑收发器。通过FFT－10A可将提Lon Works收发器添加到任意基于神经元芯片的控制网络。其最大通信距离为500米，因其具有多种拓扑结构支持能力而被广泛应用。

信号采集电路 本设计选用MAX186作为信号采集电路芯片。其内部具有4.096

V基准源，带有串行12位8通道模数转换器，每通道带保持电路。现场测量信号经变压手进入MAX186通道，通过串行数据线完成控制字的写入以及转换数据的输出。

3.2 节点软件设计

系统中节点的软件设计主要功能有:现场数据采集与处理，继电器输出控制，键盘输入及输出显示，3150芯片模式设定，单片机89S51与3150芯片的通信及与监控中心主机的信息交互。

4 结语

随着科技的发展和生活水平的提高，住宅小区智能化正向着数字化、模块化、网络化方向发展。由于Lon works总线技术的开放性与兼容性，其独特的优势已逐步显现，它能够方便地将建筑物中各种自控设备互联成一个整体，实现各个子系统与各控制单元间的自由通信。本文设计的小区安防系统通过Lon works技术使智能小区实现集中管理与分散控制，既保证了智能小区安防功能的实现，可根据小区实际需求增加新的节点单元，实际应用证明其具有很好的兼容性与扩展性。

［1］高安邦，孙社文.Lon Works技术开发和应用［M］.北京:机械工业出版社，2009.

［2］朱少卿.基于Lon Works总线下的住宅安防技术研究［D］.南京:南京理工大学，2010.

［3］陈 龙，李仲男.智能建筑安全防范系统及应用［M］.北京:机械工业出版社，2007.