主頁（http://www.130131.com）：基于單片機(jī)與Lonworks的可視對講系統(tǒng)設(shè)計

    隨著智能化住宅小區(qū)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的門鈴已經(jīng)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代的家庭。人們希望通過一種新的方式來了解來客情況，同時確保自身的安全性，減少不必要的麻煩。因此各式各樣的門鈴悄然走進(jìn)千家萬戶。 

    從簡單的叫門工具，到多功能、綜合型電器，使用者的標(biāo)準(zhǔn)越來越高，對講系統(tǒng)已成為現(xiàn)代多功能、高效率現(xiàn)代化住宅的重要保障。隨之而生的樓宇對講系統(tǒng)，也隨著城市住宅小區(qū)的建設(shè)和發(fā)展，不斷地推陳出新。從最初的普通單元門對講，到可視單元門對講，發(fā)展到聯(lián)網(wǎng)管理，智能樓 宇對講系統(tǒng)已成為一種兼容性強(qiáng)大的綜合系統(tǒng)�？梢哉f，智能樓宇對講系統(tǒng)不僅僅是方便住戶和訪客的電控門系統(tǒng)，也是小區(qū)物業(yè)管理和安防管理必不可少的有效手段，是現(xiàn)代化住宅小區(qū)必不可少的設(shè)施 。

1 Lonworks總線技術(shù) 
    一般的可視對講系統(tǒng)大多由單片機(jī)與RS-485總線構(gòu)成，雖然成本低，但受到RS-485總線的限制，在無中繼的情況下，通信距離不能太遠(yuǎn)，通信速率也不能太高，而采用中繼則會提高成本， 增大設(shè)計開發(fā)和施工維護(hù)的難度。如果采用單純的Lonworks總線，又會降低網(wǎng)絡(luò)對其他總線設(shè)備的兼容性，增加開發(fā)成本和設(shè)計困難。筆者采用基于單片機(jī)與Lonworks的可視對講技術(shù)，不僅可以克服以上缺點(diǎn)，而且能更好地發(fā)揮二者的優(yōu)勢。整個系統(tǒng)由門口單元主機(jī)和戶內(nèi)可視分機(jī)組成，在網(wǎng)絡(luò)上視其為不同的通信節(jié)點(diǎn)。在普通的通信網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)對節(jié)點(diǎn)的訪問所采用的協(xié)議是不同的，而對于Lonworks網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的通信，則只需要采用一種稱為LonTalk的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)語言實(shí)現(xiàn)。LonTalk協(xié)議由各種允許網(wǎng)絡(luò)上不同設(shè)備彼此間智能通信的底層協(xié)議組成。

    LonTalk協(xié)議又稱為ANSI／EIA709．1控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，它提供了一系列通信服務(wù)，使得設(shè)備中的應(yīng)用程序能夠在網(wǎng)絡(luò)上同其他設(shè)備發(fā)送和接收報文，而無需知道網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者網(wǎng)絡(luò)的名稱、地址，或其他設(shè)備的功能。LonTalk協(xié)議能夠有選擇地提供端到端的報文確認(rèn)、報文證實(shí)和優(yōu)先級發(fā)送，以提供規(guī)定受限制的事務(wù)處理次數(shù)。對網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的支持使得遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理工具能夠通過網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備相互作用，這包括網(wǎng)絡(luò)地址和參數(shù)的重新配置、下載應(yīng)用程序、報告網(wǎng)絡(luò)問題和啟動／停止／復(fù)位設(shè)備的應(yīng)用程序。Lonworks系統(tǒng)可以在任何物理媒介上通信，這包括電力線、雙絞線、無線(RF)、紅外(IR)、同軸電纜和光纖 。

    同時，LonTalk支持在通信介質(zhì)上的硬件碰撞檢測，LonTalk可以自動地將正在發(fā)生碰撞的報文取消，重新再發(fā)。如果沒有碰撞檢測，當(dāng)碰撞發(fā)生時，只有得到響應(yīng)或應(yīng)答時才會重發(fā)報文。Lonworks采用的是優(yōu)先級帶預(yù)測的p一堅持CSMA算法來實(shí)現(xiàn)碰撞檢測。實(shí)驗(yàn)表明，36個節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，采用普通p一堅持算法，當(dāng)每秒要傳輸?shù)膱笪倪_(dá)500～1 000包時，碰撞率由10％上升到54％；而采用預(yù)測p-堅持CSMA算法在500包以下時碰撞率很低，在500～1 000包時，碰撞率穩(wěn)定在10％。在網(wǎng)絡(luò)的MAC層中，為提高緊急事件的響應(yīng)時間，必須提供一個可選擇的優(yōu)先級機(jī)制，允許用戶為每個需要優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)分配一個特定的優(yōu)先級時間片(priority slot)。在發(fā)送過程中，優(yōu)先級數(shù)據(jù)報文將在該時間片內(nèi)被發(fā)送，優(yōu)先級時間片可分為0～127之間的任意登記，低優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)需要等待的時間較長。這個時間片加在p一概率時間片之前(即節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)等待時間 之前)，非優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)必須等優(yōu)先級時間片完成后，再等待P-概率時間片后發(fā)送，這樣，加入優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)具有更快的相應(yīng)時間，從而也更能提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。 

    在智能小區(qū)的設(shè)計中，采用Lonworks總線可以將眾多的控制線路和通信線路集成到廉價的雙絞線之上，既節(jié)約了開發(fā)和施工成本，也方便了網(wǎng) 絡(luò)的規(guī)劃和管理。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
    對于整個園區(qū)，采用星型分級網(wǎng)絡(luò)；對于較大型的小區(qū)通信系統(tǒng)，可以采用域的管理方式。園區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 園區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

    所有節(jié)點(diǎn)由AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)和神經(jīng)元芯片TMPN3150B1AF構(gòu)成核心模塊，加上FTT一10A收發(fā)器和相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成。神經(jīng)元芯片有11個I／O口，可由軟件靈活配置34種不同接口，單片機(jī)較強(qiáng)的實(shí)時控制能力保證了數(shù)據(jù)間傳輸?shù)膶?shí)時性。整個系統(tǒng)由多個子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，子網(wǎng)絡(luò)與子網(wǎng)絡(luò)通過Lonworks路由器進(jìn)行擴(kuò)張。各節(jié)點(diǎn)通過Lonworks總線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，相互之間以雙絞線相連，通信速率為78 kb／s，可視對講系統(tǒng)的視音頻模擬信號通過視音頻總線傳輸。該方案采用2級總線設(shè)計，實(shí)現(xiàn)在同一系統(tǒng)中同時進(jìn)行多個通話的功能。同時，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制網(wǎng)絡(luò)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息共享 。

3 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計 
    節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計是通過單片機(jī)和Lonworks聯(lián)合控制來實(shí)現(xiàn)的。節(jié)點(diǎn)硬件原理圖如圖2所示。

圖2 節(jié)點(diǎn)硬件原理圖

(1)CPU。節(jié)點(diǎn)的CPU采用工業(yè)級AT89S52和Neuron Chip家族的TMPN3150B1AF，3150芯片不帶程序存儲空間，因而需要外接外部RAM，存放包括LonTalk協(xié)議、Neuron C庫函數(shù)和任務(wù)調(diào)度程序的系統(tǒng)映象，存放包括Neuron C編譯器產(chǎn)生的用戶應(yīng)用程序代碼和其他特定應(yīng)用參數(shù)的應(yīng)用映象。3150芯片有11個應(yīng)用I／O引腳，這些引腳可以各種方式配置并提供具有最小外擴(kuò)電路的靈活I(lǐng)／O功能，可通過軟件設(shè)置成34種可選的工作方式。在本系統(tǒng)中，將其設(shè)置成方式2，即位輸出(bit output)，用以控制繼電器構(gòu)成的視音頻切換器 。

(2)收發(fā)器。選用Echelon公司的FTT-10A，通信速率為78 kb／s，帶有變壓器隔離耦合和一個曼切斯特編碼器，支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 

(3)程序存儲器。選用Winbond公司的W27C512—45，可以很方便地利用LonMaker來直接下載應(yīng)用映象，其大容量也為將來的功能擴(kuò)展提供了便利。

    由于采用了單片機(jī)與Lonworks技術(shù)相結(jié)合的辦法，不僅兼容了戶內(nèi)傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備，同時也提高了網(wǎng)絡(luò)的通信效率和傳輸速率，簡化了整個系統(tǒng)，減少了硬件出錯的可能性，提高了系統(tǒng)的可靠性，大大減輕了硬件設(shè)計的工作量。
(中國集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)