Q2686無線CPU和LonWorks的無線監控網關設計

摘要 主要利用Q2686無線CPU結合LonWorks控制網絡技術，開發設計出一種多功能無線監控網關。該無線監控網關有LON電力線接口(或LON雙絞線接口)和RS485總線接口，具有遙控、遙測及定時控制等功能，可以采集水表、電表、煤氣表等智能儀表的數據，并通過GPRS無線數據傳輸將數據傳輸給中心站網絡服務器，也可以響應中心站的數據請求和控制。
關鍵詞 LonWorks Q2686 無線CPU 網關 測量 控制

引 言
多功能無線監控網關最初的設計目標是應用在樓宇能源監控系統中。樓宇能源監控系統主要由計量終端(電能、水、燃氣、燃油等智能計量終端)，現場監測網絡，信息遠程傳輸網絡，能源監管中心等幾方面組成。無線監控網關的功能主要是通過現場監測網絡(LON，保留 RS485)對計量終端進行數據收集，并通過無線傳輸網絡將數據通過Internet傳送到能源監管中心。本無線監控網關也可以作簡單修改以適應更多的應用場合。
在傳統的樓宇能源監控系統中，現場監測網絡絕大多數采用串VI通信(RS485)接口和Modbus通信協議，信息遠程傳輸網絡也主要通過有線傳輸的方式將數據傳送到能源監管中心。串口通信(RS485)接口和有線遠程傳輸網絡存在多種不足，如不支持多種通信介質、只能是主從式通信、不同廠家產品的通信協議各不相同、有線遠程傳輸網絡布線困難等。為了解決上述技術上存在的問題，本設計采用Q2686無線CPU和LonWorks技術來實現具有遙控、遙測及定時控制于一體的多功能無線監控網關。

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位內核的中央處理器，104 MHz，30 MIPS，32 Mb閃存和16 Mb的RAM，2個模數轉換器，一個USB 2．0接口，1個并口，2個RS232串口，最多可配備44個GPIO，4頻段(GSM 850／900／1 800／1900 MHz)。Wavecom公司專有的Open AT軟件開發套件，是性能很好的嵌入式蜂窩網絡開發環境。通過Open AT的WIP(TCP／IP協議棧)插件，可以方便地在產品上進行網絡開發。WIP插件還可以配合C－GPS插件或Wavecom的其他插件一起應用，可以方便地進行GPS應用開發和TCP／IP的應用開發。

2 LonWorks控制網絡技術
LonWorks是由美國Echelon公司開發的一種完整、全開放、互操作性強、可靠性高、成熟的分布式控制網絡技術，它支持多種通信介質，包括雙絞線、電力線、無線(RF)、紅外(IR)、同軸電纜和光纖。LonWorks技術的核心是LonTalk通信協議，該協議提供一套通信服務，使裝置中的應用程序能在網上對其他裝置發送和接收報文而無需知道網絡拓撲、名稱、地址或其他裝置，所有采用LonWorks技術的產品都遵循LonTalk通信協議，因此不同廠家的產品可以很方便的接人到同一個LonWorks網絡系統中去。其具有以下優點：
①系統具有開放性和互操作性。LonWorks網絡由節點(即智能控制器)通過固化在內部的符合OSI七層參考模型的LonTalk網絡通信協議互聯，組成“Peer to Peer”對等網絡。開發人員只需將主要精力花在系統應用設計方面，而不需要專門去實現和測試傳輸線路和通信系統。
②分布式無中心控制。網絡節點靠近現場傳感器和執行機構，每個節點都能完成控制和通信功能，部分節點故障不會造成系統癱瘓。多至9個監控站可隨意安裝在網絡的任何位置，并且位置也可以隨時變換，監控站之間功能完全對等，也可以定義成不同級別。這些特點對系統的調試、維護和穩定性都有著重要的意義。
③系統組態靈活，開發周期短，應用媒體范圍廣泛。采用不同類型的收發器，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行信號傳輸；根據傳輸距離的遠近、傳輸速度和現場設備等具體要求系統，可組成自由拓撲結構或總線型等結構，這些都給系統設計和維護升級改造帶來極大的方便。

3 系統整體框圖
系統整體框圖如圖1所示，GPRS／LON無線監控網關定時查詢LonWorks現場監測網絡上的計量終端的數據，并將數據打包經過GPRS無線網絡、Internet傳送到監控中心的服務器上；或者是相反的過程，監控中心發出的指令經過 Internet、GPRS無線網絡傳送到GPRS／LON無線監控網關，GPRS／LON無線監控網關將相應的指令經現場監測網絡傳送到具體的某個計量終端。

4 無線監控網關的硬件設計
GPRS／LON無線監控網關硬件包括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為產品設計原理框圖。