LonWorks技术在某住宅小区智能化建设中的应用

引言
　　智能建筑已经在世界各地蓬勃地发展起来了，并成为21世纪建筑业发展的主流。智能建筑集现代建筑技术，现代通信技术，现代控制技术，现代仪器仪表技术和现代计算机技术于一体，为人们提供高质量的工作和生活环境，并实现节能和环保。近年来，随着人们对居住环境要求的提高，也将“智能”的概念引进到了住宅建设当中。
　　
　　为了美化居民的生活环境，国内的一些大城市纷纷要求拆除住宅防盗网，为了保障居民的安全，有必要运用现代化高科技手段加强住宅区的基础建设，实现住宅区的安全防卫自动化。同时，许多住宅发展商和物业管理公司都意识到对住宅以及写字楼的水电煤气表进行远程抄送是提高住宅小区乃至城市的物业管理水平重要标志。基于以上背景，我们针对深圳市住宅局发展的微利房住宅区梅林三村设计了一套基于LonWorks分布式控制网络技术的小区安全防卫系统和远程自动抄表系统。
　　
技术选择

　　出于经济上，认识上等各种原因，目前国内对智能化住宅的认识还不够深刻，对智能化住宅的智能程度要求也不高，而且对住宅智能化建设的一次性投入也不大，这是目前中国住宅智能化建设的现实国情。现阶段国内的住宅智能化建设主要体现在在住户家庭安装安全防盗系统和水、电、煤气表的远程抄表系统。
　　
　　安防系统主要由各防盗系统供应商提供，大多数都是通过现有电话线路传递报警信号，效率低，可靠性差，报警响应时间长，系统运行费用高，而且功能单一，只能实现安防功能，一旦要实现其他住宅智能功能，必须重新安装新系统。远程抄表系统则分别由各水、电、煤气供应公司进行设计安装，各自独立运行，互不相关。因此造成住宅区物业管理部门工作难度大，各系统间总体协调性能差，系统运行、维护复杂，升级扩容不便，用户对自己家庭内的智能功能选择余地小。
　　
　　近年来，国际上也利用有线电视网进行住宅智能化建设，将住宅的智能控制（包括安防系统，远程抄表等），闭路监控，互联网络通讯，电视等集成于一体。但由于目前有线电视网上智能控制器的通讯方式采用三层主从式结构，使得在网络较大，负载较重时，网络效率低，网络响应差，降低了系统的稳定性，不适合智能住宅中控制网络方面的要求。
　　
　　智能化住宅中包含的各种现代化技术在实施中不可能也没有必要在同一种网络平台上运行，应该各展所长，不同的建设方面应该使用不同的实施平台。对于智能控制，使用单独的控制网络将智能化住宅中的安防报警，家电控制，家居环境控制，住宅区周边环境控制等所有功能统一实现，达到最佳性能，简化管理，方便系统维护，系统扩充和系统升级。
　　
　　我们在国内进行住宅智能化系统设计时，应该遵循几个原则：一、造价低，可靠性高；二、便于扩充升级，分步实现智能化功能；三、单一控制网络完成智能化住宅应有的全部控制功能以及该小区的所有控制功能；四、网络结构简单，性能优异。为此，我们在智能化住宅建设中采用LonWorks分布式控制网络技术。
　　
　　LonWorks技术是目前国际上控制领域中最热门的通用控制总线技术之一，得到世界各大著名工控产品生产厂家支持，应用范围极为广泛。目前它在国内已被成功应用于工业控制和楼宇自控中，其在智能住宅小区中的应用还较少。我们选择LonWorks技术开发智能住宅小区系统，主要基于它的如下特点：
　　
　　（1）网络拓扑结构灵活多变，可根据建筑物的结构特点采用不同的网络连接方式。可以最大限度的降低布线系统的复杂性和工作量，提高系统可靠性，可维护性。
　　
　　（2）LonWorks网络是无主站点对点网络，其任一点的故障不会造成系统瘫痪。一个住户节点的损坏或关闭不影响其他住户节点正常运行，降低了维护难度，提高了系统的稳定度，网络响应得到保障。
　　
　　（3）Neuron芯片内置现成的I/O对象，LonTalk协议，并使用高级语言编程，大大缩短开发周期，提高开发质量，能在短时间内开发出稳定可靠的系统。
　　
　　（4）LonWorks网络节点之间使用逻辑连接，这使得系统中节点的增加、修改很容易，便于系统调整和扩充升级。
　　
　　在智能住宅建设中应用LonWorks技术，可以很容易地实现智能化住宅的所有功能，整个网络结构相对简单，网络布线相当容易。对于用户各种不同的功能要求，只需选用不同的控制节点，编写相应的程序，直接连接到住宅区的控制网络上就完成了，在物理上不必对网络结构作任何修改。而且LonWorks网络可扩充性极好，扩充子系统，增加功能，连接两个小区控制网等都很简便。LonWorks技术提供的高效开发平台让我们在进行系统设计和开发时对网络通讯不再需要花费时间，可以把精力集中到具体的系统功能实现上，使得我们能在较短时间内针对具体任务设计出成熟稳定的系统。
　　
智能住宅小区智能控制系统概述及网络结构

　　我公司承接的梅林三村住宅小区智能化工程设计，包括两栋29层高层住宅楼共320套住宅，该项目已被建设部定为全国智能住宅控制系统试点工程，并被全国建筑智能化系统工程设计专家委员列为推荐工程。其智能化系统采用LonWork分布式控制网络技术，对所有住户实现住宅防盗监控（包括室内红外移动探测，非法闯入监控，门口防劫持密码），煤气泄漏监控，紧急求助报警，以及对控制箱的拆卸、断电报警，并对每户的水表、电表、煤气表实现远程抄表计量。[page]
　　
　　每户使用一个LonWorks节点实现所有安防功能，每2户使用一个单独的LonWorks节点实现远程抄表，所有节点均就近连接到相应的子网上，共有12个子网。网上连接有一台监控计算机，位于住宅小区管理处。所有监测到的报警信号均经过LonWorks节点的计算和转换，通过LonWorks网络送到监控计算机，进行多媒体声光报警和信息提示。每抄表节点随时采集每户的水电气三表读数，并保存下来（可断电保存），可随时由监控计算机读取。
　　
　　该系统全部子网采用自由拓扑网络结构，使用FTT-10收发器，利用双绞线作为传输媒体。每个子网都通过一个相应路由器再连接到主干网上，中心监控和抄表计算机也直接连接在主干网上。每个子网从各自的路由器（安装在第三层）开始，垂直连接同一栋楼内每层同一户型的所有节点，由于每栋有六种户型，所以每栋楼设计有6个子网，两栋共12个子网。而分布在每层的两个抄表节点均分散安装在每栋的六个子网中，使得每个子网的网络负载尽量平衡。 主干网使用TP/XF-1250收发器，使用双绞线作为传输媒体，将所有路由器，一个时钟节点与中心监控计算机，抄表计算机连接，形成高速总线型主干网。由于所有路由器分别集中安装在两栋楼的第三层，缩短了主干网线长度，以达到较好的网络性能。
　　　　
智能住宅小区智能控制系统设计

　　本系统设计分为三个部分：住户室内安全防卫系统，小区自动远程抄表系统，小区管理监控中心。
　　
　　住户室内安全防卫系统主要包括室内防盗，紧急求助，煤气泄漏探测和关断三大功能。在室内安防系统中我们使用的各种探测器均为简单的开关量输入/输出接口，因而我们选用了具有8通道开关量I/0口的LonWorks节点产品。每通道连接同一种探测器。节点程序随时监测各I/O口的状态变化，一旦某I/O通道状态发生变化，经程序判断此时探测器处于报警状态，便将相应的报警信号以网络变量的形式发送到网络上，小区监控中心收到该数据后进行相应的报警输出。每个节点可连接6类不同探测器，1个警号，1个交流断电检测信号。每户使用1个LonWorks节点进行安防报警监控。
　　
　　在住户的各窗户旁边安装一个红外探测器，在住户门边安装一个门磁，实现住户室内的窗警和门警等非法闯入监视，一旦有报警发生，系统启动室内警号发声，并报警到监控中心；在住户室内有一个密码键盘，住户可通过此键盘进行室内监控的布防和撤防，以及通过此键盘输入劫持密码模拟对系统撤防但实际向监控中心进行劫持报警；把住户门锁的锁孔加装专用电子开关，使得住户在出门反锁时，监控系统能自动设防，在住户开门时，系统能自动撤防；在各卧室和客厅各安装一个紧急按钮，使得住户在家中有紧急情况时能很容易、简单地报警求助；在厨房和浴室内各安装一个煤气探测和自动关断器，一旦有煤气泄漏，探测器将发声报警，并报警到监控中心，同时启动关断器切断煤气源。功能示意图如下：
　　
　　以上各种监测和控制设备都通过埋管走线的方式连接到每户的终端控制箱内，该控制箱包含有LonWorks节点，稳压电源，备用电池，继电器以及交流断电报警电路，电池充电电路等，一旦因各种原因导致控制箱交流断电，立即启动备用电池工作，维持监控系统运行并向监控中心报警。备用电池能连续工作10小时左右。
　　
　　小区自动远程抄表系统使用电子水表，电子电表，电子煤气表，以上三种表均为电子脉冲输出，对表的计量只需累计电子表输出的脉冲数即可，在抄表节点中只需用数字I/O口即可实现脉冲计数。我们采用带8个数字I/0通道的LonWorks节点作为专门的抄表节点，同时对8个电子表进行脉冲计数，并转换为相应的表读数，保存在节点的EEPROM中。管理监控中心的计算机通过LonWorks网络读取各抄表节点中各住户对应的三表数据，实现远程自动抄表。利用在网络上的时钟节点,本系统可进行电费复费率抄表计算。每个抄表节点可同时抄收2个住户的三表数据，使用专门的线路供电，并配有备用电池，以保证抄表节点的连续运行。抄表节点安装在大楼每层的走廊吊顶上，用专用铁箱密封，包含稳压电源及备用电池。
　　
　　小区远程抄表系统相对独立，可以自成一个单独抄表网络。基于如前所述LonWorks技术的优点，本系统中将抄表网络和住户安防网络合并成同一个网络，抄表节点被就近连接到不同的监控子网上。
　　
　　小区管理监控中心主要使用两台PC机，分别是报警监控计算机和远程抄表计算机，插上LonWorks网卡，连入LonWorks监控主干网络。住宅区内的全部报警信号都通过LonWorks 网络送达监控计算机中，在该计算机屏幕上即时显示住户资料（姓名，地址，电话，报警级别，报警类别，报警节点地址，报警时间及住户平面图等），并可记录小区全部住户的历史报警信号，同时接收多点报警。远程抄表计算机可随时查询任一住户电、水、煤气表读数；对每用户每月消耗的水、电、煤气用量进行系统总用量、总金额统计；对用户用量超过预设最大值时报警等。
　　
　　小区管理监控中心还包括一个时钟节点，为整个LonWorks网络提供统一的标准实时时钟，为住户节点提供统一报警时钟，为抄表节点实现复费率计费提供时间依据。
　　
　　由于整个小区智能系统的实现基于LonWorks网络，使得系统的开发、安装、调试工作量大大降低，同时又具备相当的灵活性，对不同用户要求能很容易地修改实现。
　　
结论

　　由于LonWorks技术的开放性，产品的选择多样化，网络规模大小灵活，使得我们可以选择各种网络设备，包括国产的节点，路由器等产品，这样就能以最合理的价格组建符合要求的LonWorks网络，有效控制成本。无论是系统升级，或是新系统设计，我们可以形成不同档次的实用系统，根据客户的需求提出最贴切的实施方案，满足各层次用户的需求，并能方便地对用户节点进行修改和升级。同样，在抄表系统中，扩大抄表系统的规模也是很简单的事情。
　　
　　基于LonWorks技术良好的扩充性、易维护性，使得我们完全能在现有基础上增加新的功能，实现住户家电控制，家居环境控制，以及小区周边环境控制，如系统供电设备、公共照明、蓄水及消防水箱、 背景音响、电梯、草地喷淋集中监测控制，停车场控制等，对于客户的各种档次要求都能在原有网络中实现。
　　
　　因而，利用LonWorks技术进行住宅小区智能化建设完全符合中国国情，这种建设模式，是在特定的条件下实施特定范围的智能化建设，并为以后更深入的发展奠定良好的基础。因此，LonWorks技术在住宅智能化建设中应用的前景是非常广阔的。