基于LonWorks的智能百叶窗帘系统设计及组网研究

摘要

随着世界能源消耗日益增大，全球温室效应不断加剧。2010年哥本哈根气候峰会召开后，低碳经济模式愈显盛行，在国际大都市里，如雨后春笋般涌现的智能化建筑如何合理、高效地利用洁净的天然能源，减少对电能的依赖，已经越来越受到全世界的关注。本文从当前国内外窗帘控制技术的现状和各种现场总线比较分析入手，阐明了开发基于LonWorks现场总线技术的智能百叶窗帘控制系统的可行性与创新性，并设计并研发了智能窗帘控制节点的硬件、软件及上位机监控管理软件系统。
　　 传统的楼宇智能化系统由于采用相对封闭式通信协议而缺少了与外部的通信、扩展及互操作等功能。LonWorks现场总线以其开放性、互操作性等特点而出色地解决上述问题。本文在分析、研究以神经元芯片、LonTalk协议为核心的LonWorks技术基础上，提出了基于LonWorks智能百叶窗帘系统构建方案，完成了智能百叶窗帘系统主要节点的软、硬件设计，并在Visual Studio 2008开发环境下开发出上位机监控软件实现了对现场数据的远程监控，组建了适用于智能楼宇的百叶窗帘控制系统网络，实现了对楼宇百叶窗帘的智能控制。
　　 实现LonWorks技术的关键在于智能节点的开发和组网。首先，本文开发的智能百叶窗帘系统节点采用流行的双绞线通信介质，网络通信模块由Echelon公司神经元芯片FT3150和双绞线收发器FT-X1构成，窗帘主控模块则由单片机STC89C52配上外围电路电机控制和隔离耦合电路，完成对窗帘叶片升降和角度的控制。STC89C52单片机作为主处理器负责控制和处理。神经元芯片FT3150作为通信芯片负责网络通信，两者之间通过异步串口通信的模式来实现互通。
　　 最后，将开发出的控制节点应用于百叶窗帘控制系统中，根据系统的结构及控制要求，利用Lonmaker组网软件对整个百叶窗控制系统进行组网与相关网络属性配置，从而完成网络变量在功能模块间的传输。上位机监控管理软件在Visual Studio 2008开发环境下开发，通过与i.Lon100 Internet Server的建立动态数据链接，可完成整栋大楼状态的查询与监控、阳关数据、天气数据的更新功能，从而构成了完整的网络控制解决方案。
　　 本课题最终研发的基于LonWorks智能百叶窗帘系统，实现了在自动模式下以当前太阳方位、天气状况信号等为参数的百叶窗帘智能控制，手动模式下具有支持管理人员远程用户手动和用户现场手动控制的功能，达到了对太阳光能的有效利用，具有一定的参考价值和现实推广意义。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 智能楼宇系统的现状及发展概述

1.2 智能楼宇系统中的现场总线技术概述和特点比较

1.3 LonWorks技术在智能楼宇中应用的可行性

1.4 智能百叶窗帘系统的提出背景及意义

1.4.1 绿色智能楼宇系统的耗能与低碳经济

1.4.2 智能百叶窗帘系统国内外发展现状

1.5 课题主要研究内容

2 LonWorks技术介绍

2.1 LonWorks核心技术

2.1.1 LonTalk通信协议介绍

2.1.2 LonWorks网络地址结构

2.1.3 LonWorks协议提供的报文服务

2.1.4 LonWorks协议的网络变量

2.1.5 LonWorks网络的极限

2.1.6 LonWorks神经元芯片简介及特点

2.2 LonWorks技术与Internet的融合

2.3 LonWorks开发语言和工具介绍

2.3.1 Neuron C语言简介

2.3.2 NodeBuilder简介

2.3.3 LonMaker简介

2.4 本章小节

3 智能百叶窗帘控制系统节点的开发设计

3.1 智能百叶窗帘控制系统节点的硬件总体方案

3.1.1 需求分析及节点总体方案设计

3.2.2 节点核心器件选型及技术说明

3.3.3 主控CPU核心及外围电路模块设计

3.3.4 Neuron 3150模块电路及扩展模块

3.3.5 Lon通信网络节点通信部分设计

3.3.6 Neuron芯片存储器扩展电路设计

3.3.7 Neuron芯片与STC89C52单片机接口设计

3.3.8 电机控制模块电路设计

3.3.9 电机保护电路设计

4 智能百叶窗帘控制系统节点软件设计

4.1 Neuron芯片的软件编程整体规划

4.2 STC89C52单片机软件编程模块

5 智能百叶窗帘控制系统的组网设计

5.1 LonWorks控制网络组网设计流程简介

5.2 智能百叶窗帘控制系统关键设备的选用

5.3 智能百叶窗帘控制系统组网设计总体架构方案设计

5.4 本章小结

6 百叶窗帘控制系统上层监控管理软件的开发

6.1 系统需求分析

6.2 开发环境的介绍

6.2.1 Visual Studio2008和C#简介

6.2.2 i.Lon100 e3 Internet Server通信接口

6.3 百叶窗帘控制系统管理软件的实现

6.3.1 百叶窗帘控制系统登录模块

6.3.2 百叶窗帘控制系统主界面

6.3.3 系统设置模块

6.3.4 楼宇信息模块

6.3.5 自动模式下的查询模块

6.3.6 百叶窗帘单独与区域集中控制模块

7 结束语

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间参加的科研项目