（廣東工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部，廣東 廣州 510006）陳 安
                                 
    陳安（1979-）男，浙江東陽(yáng)人，講師，碩士，廣東工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部電工電子中心副主任，研究方向?yàn)橹悄芸刂评碚撆c應(yīng)用。

    摘要：概述了LonWorks網(wǎng)絡(luò)組成與網(wǎng)絡(luò)管理，并較為詳細(xì)的描述了停車場(chǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)變量的連接，最后介紹了上位機(jī)與Lonworks網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換。

    關(guān)鍵詞：LonWorks；停車場(chǎng)；控制系統(tǒng)

    Abstract: This paper summarizes the network construction and network management of LonWorks，and describes in detail the controlling system structure of parking and the connection of network variables. Finally, the data exchange between the host computer and Lonworks network is introduced.

    Key words: LonWorks; Parking; Controlling System

    1 引言

    隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)開(kāi)始邁入以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為平臺(tái)的智能化社會(huì)，開(kāi)始出現(xiàn)了諸如智能化儀表、智能化機(jī)器人、智能化汽車、智能化家居、智能化小區(qū)、大廈乃至智能化城市等，以及具有不同程度智能的各種產(chǎn)品、設(shè)備、工具、乃至工作環(huán)境和生活環(huán)境。伴隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程，智能化的浪潮席卷了世界每個(gè)角落，成為一種勢(shì)不可擋的歷史趨勢(shì)。

    傳統(tǒng)的停車場(chǎng)都是采用人工管理的方式，車輛的進(jìn)出場(chǎng)，停放都需要人工來(lái)引導(dǎo)，計(jì)費(fèi)也是由專人來(lái)收取，自動(dòng)化程度很低，管理很不規(guī)范。樓宇自動(dòng)化的迅速發(fā)展對(duì)停車場(chǎng)的管理提出了新的要求，停車場(chǎng)的管理不再是一個(gè)孤立的部分，而是與智能大廈的其它組成部分相結(jié)合，成為智能大廈一個(gè)不可或缺的子系統(tǒng)。停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的自動(dòng)化程度在一定程度上反映了該智能建筑的智能化程度的高低。

    現(xiàn)在幾乎所有智能樓宇中都設(shè)有大型停車場(chǎng)，設(shè)置停車場(chǎng)車輛的自動(dòng)管理系統(tǒng)主要有兩個(gè)作用：一是防盜，所有在停車場(chǎng)中的車輛都需“驗(yàn)明正身”才能放行；二是實(shí)施自動(dòng)收費(fèi)。

    目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的停車場(chǎng)自動(dòng)化管理系統(tǒng)廣泛采取的控制方式是集中式或集散式控制系統(tǒng)。在這類獨(dú)享式控制方案和中心控制系統(tǒng)中，由遠(yuǎn)程傳感器向中心控制器提供反饋信號(hào)來(lái)控制傳感器和執(zhí)行器，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和電纜來(lái)建立通信，而且這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，可靠性低，不易重構(gòu)。新崛起的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)擺脫了上述技術(shù)的不足。美國(guó)ECHELON公司以Neuron芯片為核心的Lonworks技術(shù)是現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的代表，本停車場(chǎng)系統(tǒng)將Lonworks技術(shù)運(yùn)用于停車場(chǎng)智能控制系統(tǒng)，利用LON技術(shù)的對(duì)等通信，無(wú)中心控制，智能分散控制方式的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本降低，可靠性以及智能化程度提高，易于擴(kuò)展和重構(gòu)。

    2 LonWorks網(wǎng)絡(luò)組成與網(wǎng)絡(luò)管理

    LonWorks技術(shù)包括設(shè)計(jì)、使用和支持Lon網(wǎng)絡(luò)所需的全部工具，主要有：神經(jīng)元芯片Neuron Chip、神經(jīng)元芯片編程語(yǔ)言Neuron C、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議LonTalk、網(wǎng)絡(luò)接口、網(wǎng)絡(luò)路由器Router、網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器Transceiver和網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)工具LonBuilder(或NodeBuilder)。這些組成LonWorks的基本要素，為L(zhǎng)on網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境，F(xiàn)CS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者可以利用這些平臺(tái)設(shè)計(jì)Lon網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)并安裝網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中采用Neuron芯片的智能節(jié)點(diǎn)（可能是傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)或其他測(cè)控設(shè)備）之間遵循LonTalk局部操作網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，這種遵循LonTalk協(xié)議的局部操作網(wǎng)絡(luò)就稱為L(zhǎng)onWorks控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
                 
                            
    目前對(duì)Lonworks系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理有兩種途徑，一種是使用Visual Control進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形象逼真，它可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以樹(shù)型的方式展現(xiàn)在用戶面前，用戶可以方便地增、刪節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)分支，并可方便地查看各個(gè)節(jié)點(diǎn)中網(wǎng)絡(luò)變量的數(shù)值與狀態(tài)。其缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)較龐大，價(jià)格也較昂貴。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只是其中的一部分功能，故實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中單作為網(wǎng)絡(luò)管理有些不經(jīng)濟(jì)，由于軟件本身的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的故障率也較高，有待進(jìn)一步改進(jìn)。另一種是使用LonMaker網(wǎng)絡(luò)管理軟件，它具有小巧、實(shí)用的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行在DOS方式下，界面不太直觀，但在現(xiàn)場(chǎng)管理上比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，軟件所占空間小且價(jià)格便宜。我們一般是用Visual Control進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自定義模塊的編程，并依靠它將代碼下載到節(jié)點(diǎn)的Flash Rom中，然后用Lonmaker進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。Lonmaker是美國(guó)ECHELON公司為其現(xiàn)場(chǎng)總線Lonworks配套開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)管理組態(tài)軟件，它可以通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)和節(jié)點(diǎn)間網(wǎng)絡(luò)變量的實(shí)時(shí)連接，在線完成控制系統(tǒng)的組態(tài)，這使我們可以在線重新調(diào)整組織控制系統(tǒng)，并可實(shí)時(shí)修改網(wǎng)絡(luò)變量的數(shù)值與狀態(tài)，以使技術(shù)人員能方便地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及測(cè)試。


    3 停車場(chǎng)控制系統(tǒng)

    停車場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)，一臺(tái)自動(dòng)出票機(jī)，四只環(huán)路探測(cè)器，一臺(tái)入口閘門機(jī)，一臺(tái)出口閘門機(jī)，兩臺(tái)IC卡讀卡機(jī)組成。停車場(chǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

    節(jié)點(diǎn)一：入口閘門機(jī)節(jié)點(diǎn)

    車輛的入口處安裝有兩個(gè)環(huán)路探測(cè)器。一號(hào)環(huán)路探測(cè)器裝在入口外側(cè)，用以檢測(cè)是否有車進(jìn)場(chǎng)；二號(hào)環(huán)路探測(cè)器裝在入口閘門機(jī)上，檢測(cè)橫杠下是否有車，以避免軋車。環(huán)路探測(cè)器對(duì)有車和無(wú)車兩種情況會(huì)產(chǎn)生不同頻率的方波信號(hào)輸出，以此來(lái)判斷是否有車。

    節(jié)點(diǎn)二：入口讀卡機(jī)節(jié)點(diǎn)

    車主將IC卡插入入口讀卡機(jī)，入口讀卡機(jī)將驗(yàn)卡。它提取卡中信息，讀入上位計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)將分配車位給進(jìn)場(chǎng)車輛，并通過(guò)出票機(jī)(節(jié)點(diǎn)三)打印出票以下信息：IC卡卡號(hào)、卡中余額、入場(chǎng)時(shí)間、分配的車位號(hào)，以提醒車主。

    節(jié)點(diǎn)三：出票機(jī)節(jié)點(diǎn)

    負(fù)責(zé)打印出票。車輛通過(guò)入口閘門機(jī)后，即經(jīng)過(guò)出票機(jī)，車主可取得打印的票據(jù)。票據(jù)上顯示“IC卡卡號(hào)”、“入場(chǎng)時(shí)間”、“車位“、“卡中余額”，并要求用戶保管好此票據(jù)。

    節(jié)點(diǎn)四：出口讀卡機(jī)節(jié)點(diǎn)

    車輛出場(chǎng)時(shí)，車主將IC卡插入出口讀卡機(jī)，出口讀卡機(jī)將驗(yàn)卡，并將卡號(hào)發(fā)送至上位計(jì)算機(jī)，與上位計(jì)算機(jī)中保存的信息進(jìn)行核對(duì)。上位計(jì)算機(jī)根據(jù)車輛入場(chǎng)時(shí)存取的信息（如卡號(hào)、車位、金額、入場(chǎng)時(shí)間）扣除應(yīng)繳付的費(fèi)用，再將余額寫入卡中。如卡中金額不足以支付停車費(fèi)，要提醒管理員進(jìn)行收費(fèi)。

    節(jié)點(diǎn)五：出口閘門機(jī)節(jié)點(diǎn)

    交費(fèi)畢，出口閘門機(jī)啟動(dòng)，車輛出場(chǎng)。出口閘門機(jī)處也裝有兩個(gè)環(huán)路探測(cè)器，功能類同于入口閘門機(jī)處的環(huán)路探測(cè)器。

    上位計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)停車場(chǎng)的管理，包括數(shù)據(jù)庫(kù)的管理和對(duì)停車場(chǎng)的監(jiān)控。

    4 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)變量的連接
                    
    圖3為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)變量的連接圖。在圖中，可以看到，入口閘門機(jī)的網(wǎng)絡(luò)變量noCarIn與入口讀卡機(jī)的網(wǎng)絡(luò)變量niEable以及自動(dòng)出票機(jī)的網(wǎng)絡(luò)變量niEable相連，在有車進(jìn)場(chǎng)時(shí)，使入口讀卡機(jī)和自動(dòng)出票機(jī)使能。當(dāng)車主將IC卡插入IC卡讀卡器后，入口讀卡機(jī)將讀取的IC卡卡號(hào)作為網(wǎng)絡(luò)變量noCardNu輸出，noCardNu與自動(dòng)出票機(jī)以及上位機(jī)的輸入網(wǎng)絡(luò)變量niCardNu相連，以備自動(dòng)出票機(jī)打印車主IC卡卡號(hào)和上位機(jī)存儲(chǔ)信息；入口讀卡機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)變量noMoney將IC卡中金額連接至自動(dòng)出票機(jī)以及上位機(jī)的輸入網(wǎng)絡(luò)變量niMoney，以備自動(dòng)出票機(jī)打印車主IC卡中金額以及上位機(jī)存儲(chǔ)信息；上位機(jī)在得知有車進(jìn)場(chǎng)后，將查詢場(chǎng)內(nèi)車位信息，并將數(shù)目最小的車位分配給進(jìn)場(chǎng)車輛，上位機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)變量noCarPla將車位連接至自動(dòng)出票機(jī)的輸入網(wǎng)絡(luò)變量niCarPla，以備自動(dòng)出票機(jī)打印；上位機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)變量noTime與入口讀卡機(jī)、自動(dòng)出票機(jī)、出口讀卡機(jī)的輸入網(wǎng)絡(luò)變量niTime相連，提供時(shí)間；出口讀卡機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)變量noCardNu與上位機(jī)的輸入網(wǎng)絡(luò)變量niCardNu相連，實(shí)現(xiàn)將IC卡卡號(hào)讀入上位機(jī)，上位機(jī)將根據(jù)卡號(hào)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中定位到車輛入場(chǎng)時(shí)的信息，依據(jù)在場(chǎng)內(nèi)停車的時(shí)間計(jì)算停車費(fèi)用，并以將其輸出網(wǎng)絡(luò)變量noMoney與出口讀卡機(jī)輸入網(wǎng)絡(luò)變量niMoney相連的方法將余額寫回IC卡中。出口讀卡機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)變量noOpen與出口閘門機(jī)的輸入網(wǎng)絡(luò)變量niOpen相連，啟動(dòng)出口閘門機(jī)，允許車輛出場(chǎng)。另外，當(dāng)上位機(jī)發(fā)現(xiàn)停車場(chǎng)中車位已滿時(shí)，會(huì)將輸出網(wǎng)絡(luò)變量niOpen連接至入口閘門機(jī)的輸入網(wǎng)絡(luò)變量niFull，顯示屏將顯示FULL信息。

    5 上位機(jī)與LonWorks網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換

    上位機(jī)與Lonworks網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)采用的是DDE（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換）技術(shù)。DDE是一種標(biāo)準(zhǔn)的Micrisoft Windows數(shù)據(jù)交換協(xié)議，它定義了一個(gè)Windows應(yīng)用與另一個(gè)Windows應(yīng)用之間交換信息的方法。當(dāng)兩個(gè)Windows應(yīng)用之間以DDE方式交換數(shù)據(jù)時(shí)，它們之間就建立了一個(gè)會(huì)話（DDE Conversation），DDE會(huì)話的客戶方（目的應(yīng)用）請(qǐng)求服務(wù)器房（源應(yīng)用）打開(kāi)通信通道。一旦一個(gè)會(huì)話建立起來(lái)，客戶就可以通過(guò)通道向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)和從服務(wù)器接收數(shù)據(jù)。

    DDE中有一個(gè)重要的屬性，也就是LinkMode屬性，它定義了返回或設(shè)置用于DDE會(huì)話中的Link類型，并激活下列的聯(lián)結(jié)（connection）中的一種：

    （1）熱鏈接(Hot Link)，在建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換鏈路以后，每當(dāng)數(shù)據(jù)源應(yīng)用程序提供的數(shù)據(jù)信息發(fā)生變化時(shí)，“服務(wù)器”就把新的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳給“客戶”，又叫做“自動(dòng)式鏈接” (Automatic Link)；

    （2）冷鏈接(Cold Link)，在建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換鏈路以后，由服務(wù)器提供數(shù)據(jù)，客戶方接收。當(dāng)服務(wù)器一側(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，客戶方的數(shù)據(jù)不會(huì)自動(dòng)發(fā)生變化。

    只有在“客戶”的請(qǐng)求下，服務(wù)器才會(huì)把數(shù)據(jù)傳給“客戶”，又叫“被動(dòng)式鏈接”(Manual Link)；

    （3）溫鏈接(Warnl Link)，在建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換鏈路以后，當(dāng)服務(wù)器數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，“服務(wù)器”會(huì)引發(fā)一個(gè)事件通知“客戶”，但不傳送新的數(shù)據(jù)到“客戶”端，只有客戶端發(fā)生請(qǐng)求時(shí)，才會(huì)把數(shù)據(jù)傳送過(guò)去，又叫做“通知式鏈接” (Notify Link)。

    本停車場(chǎng)系統(tǒng)采用熱鏈接的方法，取得IC卡中用戶的信息后在上位機(jī)中進(jìn)行處理。當(dāng)車主將IC卡插入讀卡機(jī)中時(shí)，讀卡機(jī)與LON節(jié)點(diǎn)通信，LON節(jié)點(diǎn)再以DDE方式與上位機(jī)進(jìn)行通信。上位機(jī)隨之顯示信息，車主姓名、IC卡號(hào)、進(jìn)場(chǎng)時(shí)間等；上位機(jī)還將查詢當(dāng)前場(chǎng)內(nèi)車位情況，并將數(shù)目最小的空余車位分配給該入場(chǎng)車輛。

    同時(shí)將全部信息自動(dòng)存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)車輛出場(chǎng)時(shí)，上位機(jī)會(huì)顯示車主姓名、IC卡號(hào)、車位、進(jìn)場(chǎng)時(shí)間以及應(yīng)繳付的車費(fèi)，并存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。

    6 結(jié)語(yǔ)

    LonWorks開(kāi)放式、可互操作性、成熟和低成本的特點(diǎn)，使得眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網(wǎng)絡(luò)方案中采用LonWorks技術(shù)。本文將LonWorks技術(shù)運(yùn)用到樓宇自動(dòng)化停車場(chǎng)的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了停車場(chǎng)的自動(dòng)管理，從根本上改變了原先的人工收費(fèi)方式，提高了效率，減少了人為因素造成的管理收費(fèi)混亂現(xiàn)象，使停車場(chǎng)的管理更趨標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化。樓宇自動(dòng)化是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，而停車場(chǎng)作為智能大廈的一個(gè)重要組成部分，還有許多工作可以做，也值得去做。

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     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第八期