摘 要：介绍以LonWorks技术构建的家庭内部控制网络，提出了利用手机短信远程监控的设计方案。
关键词：LonWorks技术；智能家居；短信监控
1 Lon Works技术简介
LonWorks技术的核心元件是具备通信和控制功能的Neuron芯片。其上集成有三个8位CPU：介质访问处理器用于链路层控制，应用处理器用于处理用户应用程序，还有一个网络处理器用于网络层控制，三个处理器可实现完整的LonTalk通信协议。LonTalk是Lon－Works网络的通信协议，遵循OSI七层参考模型，实现了一个固化在神经元芯片上的网络操作系统，这是任何其他总线技术所不具备的。网络通信采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。LonTalk通信协议的所有内容都已固化在Neuron芯片中，开发者并不需要知道它的细节。Neu－ron芯片还有11个双向可编程I／O口，可配置成34种I／O对象，包括直接I／O对象、并行双向I／O对象、串行I／O对象和定时器／计数器输入／输出对象，根据需求不同可灵活选择接口方式以实现与外围设备的接口。Echelon公司为用户提供Neuron C语言开发Neu－ron芯片，它由ANSIC发展，经扩展后支持输入／输出、事件处理、报文传送和分布对象。
除了Neuron芯片，Echelon公司还为系统设计者和用户提供了系统集成开发工具LonBuilder和Node－Builder。NodeBuilder用于开发单节点，LonBuilder用于开发多节点和测试系统。作者使用的是NodeBuilder，它包括LonWorks向导软件工具（LonWorks向导是一套只需按几下鼠标就可生成一个互操作LonWorks节点的软件模板）。
2 网络构成
该设计选用两级计算机监控系统，即由上位管理机、LonTalk适配器以及智能节点组成，在此一个节点即代表一个住户。上位机中包括监控级应用程序与LonWorks的接口以及与数据库的接口。应用程序与LonWorks底层网络通过LNSDDEServer通信。
LNSDDEServer是LonWorks技术提供的网络服务工具软件之一。LNSDDEServer在LonWorks设备和Windows客户应用程序之间交换网络变量、结构配置和应用报文。支持DDE的Windows应用程序作为DDE客户端，监视和控制LonWorks网络。因此，支持DDE的应用程序可以观察网络变量的值、配置属性和显式消息，也可以改变它们的值以影响整个网络的运行。LNSDDEServer可以使任何与DDE兼容的Mi－crosoft Windows应用程序不需要编程就可以监视和控制Lon Works网络。用户也可以自己开发客户端监控程序，任何支持DDE标准的开发工具都可以使用LNSDDEServer进行上位机监控程序的开发，如VB、VC、Delphi等等。
3 节点设计
由于现场用到的传感器较多，且需要键盘编辑各传感器的工作状况以适应住户的不同需要，而MC143150只有11个I／O口，无法满足设计需要，因此，节点设计采用了Host base结构，即将神经元芯片仅作为通信协议处理器，用另一个外部处理器完成主要的测控功能。此处采用AT89C51作外部处理器，神经元芯片MC143150与单片机的接口采用并行I／O对象，工作方式配置为从B方式。收发器采用FTT－10A自由拓扑双绞线收发器，硬件结构如图2所示。
Neuron芯片的并行接口有三种工作方式：主、从A、从B方式。作者采用从B方式，用来实现Neuron芯片与非Neuron芯片的连接。Neuron芯片MC143150的I／O0～I／O7是8位双向数据线，I／O8～I／O10是3位控制信号线。借助令牌传递／握手协议，实现Neuron芯片与主机之间的双向数据传输。相对主机而言，Neuron芯片相当于一个有着8位数据线、3位控制线的并行I／O设备。
在主机的地址空间中，Neuron芯片相当于两个寄存器，一个是读、写数据寄存器（偶地址），另一个是只读状态寄存器，又称控制寄存器（奇地址）。主机通过对这两个寄存器的访问实现与3150芯片之间的数据并行传输。控制寄存器的最低有效位（通过IO0读取），就是握手HS位，主机通过对控制寄存器的访问获得3150芯片反馈的握手应答。3150芯片接收IO8作为片选信号CS，接收IO9以确认主机的读、写操作R／W，接收IO10作为寄存器的选择输入A0（A0是主机地址总线的最低有效位）。出现下列两种情况时，IO0～IO7构成双向数据总线：（1）CS维持“低”，IO10为“高”，R／W为“低”（2）CS维持“低”，IO10为“低”，R／W为“高”或“低”。如果CS维持“低”，IO10为“高”，R／W为“高”，IO0输出的是给主机的 握手应答信号。所以，主机访问偶地址是实现数据传输，访问奇地址是监视HS的状态。
在与LonWorks总线的接口上，作者选用的是FTT－10A自由拓扑双绞线收发器。它支持无极性星型、总线型和环型布线，不再局限于总线拓扑结构。FTT－10A收发器的主体是一个隔离变压器，它集成了一个78kbps差分曼彻斯特编码通信收发器。FTT－10A能自动检测5M、10M或20M三种时钟频率；在未加电时呈高阻状态，不会影响网络通信，是常用的收发器。
现场传感器用了煤气探头、烟雾传感器、温度报警器、温湿度传感器、门磁、红外传感器、幕帘传感器、紧急按钮等。执行器接煤气阀门、空调和窗帘的开关。
作者设计的智能节点可以完成以下功能：节点通过煤气探头、烟雾传感器、温度报警器等传感器的输入信号可以及时发出火灾报警信号或控制现场执行器，如关闭煤气阀门等；利用门磁、红外传感器、幕帘传感器、紧急按钮等可以及时报警，实现防盗防劫功能。住户自己可以通过键盘布／撤防或编辑防区令不同的传感器处在工作或失效状态以实现不同的安防功能。
4 短信远程监控
构建远程监控网络是楼宇自动化研究的一个热点，目前主要是通过Internet实现。人们可以利用Ech－elon公司提供的LNSServer或i．LON10／i．LON100／i．LON1000系列产品开发远程监控软件，或者利用ASP技术通过Web服务器实现远程监控。远程监控使人们能够在异地监控家里的状况，提高了工作效率，也方便了人们的生活。但是通过Internet远程监控，必须要具备上网的条件，若人们在户外或者其他没有网络的情况下想监控住宅就无法实现了。而目前手机的使用越来越普遍，短信业务也飞速发展，受此启发作者提出了利用手机短信来监控智能家居的设计。利用手机短信，住户可以随时随地监控家中安全状况，遥控家用电器。由于GSM网络是公众网络，使用成熟、可靠性高、覆盖面广，且手机短信价格低廉，因此，利用手机短信远程监控智能家居不失为一种经济可靠又方便的方法。系统结构如图3所示。
在此，住户若要查询家中状况，可发送查询短信到监控中心（号码为GSM Modem的SIM卡号）。监控中心PC机接收到短信后，由应用程序通过LNSDDEServer与LonWorks底层网络通信，将现场的信号采集上来后通过GSM发送到用户手机中。同样，用户若想控制家电的动作，只需发送相应的指令到监控中心，由PC机与底层网络通信控制家电，例如打开空调或关上窗帘。当有警情发生时，还可以向住户手机发出报警信息。
5 结束语
基于LonWorks技术构建的智能家居系统可以实现对住户家居安全状况的实时监控、及时报警。利用GSM公众网络，人们可以用自己的手机随时随地监控家中状况，实现远程监控，极大地方便了人们的生活。