基于LonWorks總線的智能家居系統設計

摘要：提出了一種基于LonWorks現場總線技術的智能家居系統的設計方案。該方案將LonWorks總線技術應用于智能家居系統，系統中的控制和采集節點由單片機和神經元芯片組成，單片機作為主控制器，神經元芯片作為通信協議處理器和上位機進行通信。
關鍵詞：LonWorks總線；智能家居；智能節點；單片機

0 引言
智能家居以住宅作為平臺，綜合利用計算機、網絡通信、家電控制、綜合布線等技術，將家庭智能控制、信息交換、安防監控等家居生活有效結合起來，創造出高效、安全、舒適、便捷的個性化住宅空間。
LonWorks是美國Echelon公司推出的現場總線技術，該總線可為智能控制系統提供一套完整的解決方案，其核心技術是LonTalk協議和神經元芯片。其中，神經元芯片都內嵌有LonTalk協議的固件，同時神經元芯片還具有通信和控制功能，可提供34種常見的I／O控制對象。Lon Works網絡采用分布式結構，實現網絡上節點相互通信。LonWorks作為一種開放、互操作、全數字的現場總線技術，以實時性好、靈活性好、可靠性高等特點，贏得了相關領域的生產商、研究機構和用戶的青睞，得到了極為廣泛的應用。LonWorks產品中的的電力線收發器不需要另外布線，可使各種設備組成智能網絡進行數據測控與通信，而且組網維護十分方便。所以，本文采用LonWorks現場總線技術來設計智能家居系統。

1 系統架構
智能家居系統的底層設備需要有數據采集、設備控制、網絡數據傳輸和數據處理等功能。設計時可以將智能家居系統劃分為感知層、網絡層和應用層3個層次。
感知層包括所有搭載神經元芯片的智能節點，節點使用電力載波的通信方式組成LonWorks網絡。這樣組網的最大優勢是不用重新布線，而使用現有電力線就能架設網絡，使得組網更方便。底層終端可以大致分為安防報警類、環境監控類、家電控制類、設備管理類等。
網絡層包括運行著LNS Server軟件的服務器和網關，服務器通過網絡接口與LonWorks網絡上的設備進行通信，并能直接對現場的各種設備進行監控與管理。LNS服務器上還能建立一個Web服務器，以將數據通過Web站點發布到互聯網上去。
應用層是用戶和系統的接口，利用友好的界面完成用戶與系統的信息交互過程。用戶的終端可以是PC機、手機、平板電腦等。圖1所示是其系統總體結構圖。

2 設計方案
2．1 智能節點的設計
在本系統中，智能節點使用單片機作為主控控制器，神經元芯片作為通信協議處理器，圖2所示是其智能節點的構架圖。單片機和神經元芯片之間使用串口協議進行通信，使用單片機作為主控制器的優點在于外圍電路開發方便，相應技術也比較成熟。用神經元芯片作為通信協議處理器使得增加、移動和改變設備可以快速實現，網絡圖和數據庫的維護也比較簡單。

本系統要對盡可能多的電器實現自動控制，但是目前家庭自動化產品還比較少，不能夠經過系統直接控制。所以，本設計采用其他方式進行間接控制。本系統中的間接控制主要采用電源控制和紅外遙控。