（廣東工業(yè)大學(xué)實(shí)驗教學(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)驗教學(xué)部電工電子中心副主任，研究方向為智能控制理論與應用。

    摘要：概述了LonWorks網(wǎng)絡(luò )組成與網(wǎng)絡(luò )管理，并較為詳細的描述了停車(chē)場(chǎng)控制系統結構及系統網(wǎng)絡(luò )變量的連接，最后介紹了上位機與Lonworks網(wǎng)絡(luò )間的數據交換。

    關(guān)鍵詞：LonWorks；停車(chē)場(chǎng)；控制系統

    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(zhù)人類(lèi)社會(huì )的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)社會(huì )開(kāi)始邁入以數字化和網(wǎng)絡(luò )化為平臺的智能化社會(huì )，開(kāi)始出現了諸如智能化儀表、智能化機器人、智能化汽車(chē)、智能化家居、智能化小區、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、設備、工具、乃至工作環(huán)境和生活環(huán)境。伴隨著(zhù)數字化和網(wǎng)絡(luò )化的進(jìn)程，智能化的浪潮席卷了世界每個(gè)角落，成為一種勢不可擋的歷史趨勢。

    傳統的停車(chē)場(chǎng)都是采用人工管理的方式，車(chē)輛的進(jìn)出場(chǎng)，停放都需要人工來(lái)引導，計費也是由專(zhuān)人來(lái)收取，自動(dòng)化程度很低，管理很不規范。樓宇自動(dòng)化的迅速發(fā)展對停車(chē)場(chǎng)的管理提出了新的要求，停車(chē)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合，成為智能大廈一個(gè)不可或缺的子系統。停車(chē)場(chǎng)管理系統的自動(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。

    現在幾乎所有智能樓宇中都設有大型停車(chē)場(chǎng)，設置停車(chē)場(chǎng)車(chē)輛的自動(dòng)管理系統主要有兩個(gè)作用：一是防盜，所有在停車(chē)場(chǎng)中的車(chē)輛都需“驗明正身”才能放行；二是實(shí)施自動(dòng)收費。

    目前，國內外開(kāi)發(fā)的停車(chē)場(chǎng)自動(dòng)化管理系統廣泛采取的控制方式是集中式或集散式控制系統。在這類(lèi)獨享式控制方案和中心控制系統中，由遠程傳感器向中心控制器提供反饋信號來(lái)控制傳感器和執行器，需要耗費大量的時(shí)間和電纜來(lái)建立通信，而且這樣的系統設計周期長(cháng)，可靠性低，不易重構。新崛起的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)擺脫了上述技術(shù)的不足。美國ECHELON公司以Neuron芯片為核心的Lonworks技術(shù)是現場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)的代表，本停車(chē)場(chǎng)系統將Lonworks技術(shù)運用于停車(chē)場(chǎng)智能控制系統，利用LON技術(shù)的對等通信，無(wú)中心控制，智能分散控制方式的優(yōu)點(diǎn)，使系統設計的成本降低，可靠性以及智能化程度提高，易于擴展和重構。

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

    LonWorks技術(shù)包括設計、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(cháng)on網(wǎng)絡(luò )的設計提供了一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境，FCS系統的設計者可以利用這些平臺設計Lon網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)并安裝網(wǎng)絡(luò )。網(wǎng)絡(luò )中采用Neuron芯片的智能節點(diǎn)（可能是傳感器、變送器、執行機構或其他測控設備）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(chēng)為L(cháng)onWorks控制網(wǎng)絡(luò )系統，其結構如圖1所示。
                 
                            
    目前對Lonworks系統的網(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 )結構形象逼真，它可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統以樹(shù)型的方式展現在用戶(hù)面前，用戶(hù)可以方便地增、刪節點(diǎn)和結構分支，并可方便地查看各個(gè)節點(diǎn)中網(wǎng)絡(luò )變量的數值與狀態(tài)。其缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò )較龐大，價(jià)格也較昂貴。因為網(wǎng)絡(luò )系統只是其中的一部分功能，故實(shí)際現場(chǎng)中單作為網(wǎng)絡(luò )管理有些不經(jīng)濟，由于軟件本身的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò )管理系統的故障率也較高，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)是系統運行在DOS方式下，界面不太直觀(guān)，但在現場(chǎng)管理上比較經(jīng)濟實(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)行系統設計、自定義模塊的編程，并依靠它將代碼下載到節點(diǎn)的Flash Rom中，然后用Lonmaker進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )管理。Lonmaker是美國ECHELON公司為其現場(chǎng)總線(xiàn)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)對節點(diǎn)內和節點(diǎn)間網(wǎng)絡(luò )變量的實(shí)時(shí)連接，在線(xiàn)完成控制系統的組態(tài)，這使我們可以在線(xiàn)重新調整組織控制系統，并可實(shí)時(shí)修改網(wǎng)絡(luò )變量的數值與狀態(tài)，以使技術(shù)人員能方便地進(jìn)行現場(chǎng)調試及測試。


    3 停車(chē)場(chǎng)控制系統

    停車(chē)場(chǎng)自動(dòng)控制系統由一臺PC機，一臺自動(dòng)出票機，四只環(huán)路探測器，一臺入口閘門(mén)機，一臺出口閘門(mén)機，兩臺IC卡讀卡機組成。停車(chē)場(chǎng)控制系統結構框圖如圖2所示。

    節點(diǎn)一：入口閘門(mén)機節點(diǎn)

    車(chē)輛的入口處安裝有兩個(gè)環(huán)路探測器。一號環(huán)路探測器裝在入口外側，用以檢測是否有車(chē)進(jìn)場(chǎng)；二號環(huán)路探測器裝在入口閘門(mén)機上，檢測橫杠下是否有車(chē)，以避免軋車(chē)。環(huán)路探測器對有車(chē)和無(wú)車(chē)兩種情況會(huì )產(chǎn)生不同頻率的方波信號輸出，以此來(lái)判斷是否有車(chē)。

    節點(diǎn)二：入口讀卡機節點(diǎn)

    車(chē)主將IC卡插入入口讀卡機，入口讀卡機將驗卡。它提取卡中信息，讀入上位計算機。計算機將分配車(chē)位給進(jìn)場(chǎng)車(chē)輛，并通過(guò)出票機(節點(diǎn)三)打印出票以下信息：IC卡卡號、卡中余額、入場(chǎng)時(shí)間、分配的車(chē)位號，以提醒車(chē)主。

    節點(diǎn)三：出票機節點(diǎn)

    負責打印出票。車(chē)輛通過(guò)入口閘門(mén)機后，即經(jīng)過(guò)出票機，車(chē)主可取得打印的票據。票據上顯示“IC卡卡號”、“入場(chǎng)時(shí)間”、“車(chē)位“、“卡中余額”，并要求用戶(hù)保管好此票據。

    節點(diǎn)四：出口讀卡機節點(diǎn)

    車(chē)輛出場(chǎng)時(shí)，車(chē)主將IC卡插入出口讀卡機，出口讀卡機將驗卡，并將卡號發(fā)送至上位計算機，與上位計算機中保存的信息進(jìn)行核對。上位計算機根據車(chē)輛入場(chǎng)時(shí)存取的信息（如卡號、車(chē)位、金額、入場(chǎng)時(shí)間）扣除應繳付的費用，再將余額寫(xiě)入卡中。如卡中金額不足以支付停車(chē)費，要提醒管理員進(jìn)行收費。

    節點(diǎn)五：出口閘門(mén)機節點(diǎn)

    交費畢，出口閘門(mén)機啟動(dòng)，車(chē)輛出場(chǎng)。出口閘門(mén)機處也裝有兩個(gè)環(huán)路探測器，功能類(lèi)同于入口閘門(mén)機處的環(huán)路探測器。

    上位計算機負責整個(gè)停車(chē)場(chǎng)的管理，包括數據庫的管理和對停車(chē)場(chǎng)的監控。

    4 控制系統網(wǎng)絡(luò )變量的連接
                    
    圖3為系統網(wǎng)絡(luò )變量的連接圖。在圖中，可以看到，入口閘門(mén)機的網(wǎng)絡(luò )變量noCarIn與入口讀卡機的網(wǎng)絡(luò )變量niEable以及自動(dòng)出票機的網(wǎng)絡(luò )變量niEable相連，在有車(chē)進(jìn)場(chǎng)時(shí)，使入口讀卡機和自動(dòng)出票機使能。當車(chē)主將IC卡插入IC卡讀卡器后，入口讀卡機將讀取的IC卡卡號作為網(wǎng)絡(luò )變量noCardNu輸出，noCardNu與自動(dòng)出票機以及上位機的輸入網(wǎng)絡(luò )變量niCardNu相連，以備自動(dòng)出票機打印車(chē)主IC卡卡號和上位機存儲信息；入口讀卡機的輸出網(wǎng)絡(luò )變量noMoney將IC卡中金額連接至自動(dòng)出票機以及上位機的輸入網(wǎng)絡(luò )變量niMoney，以備自動(dòng)出票機打印車(chē)主IC卡中金額以及上位機存儲信息；上位機在得知有車(chē)進(jìn)場(chǎng)后，將查詢(xún)場(chǎng)內車(chē)位信息，并將數目最小的車(chē)位分配給進(jìn)場(chǎng)車(chē)輛，上位機的輸出網(wǎng)絡(luò )變量noCarPla將車(chē)位連接至自動(dòng)出票機的輸入網(wǎng)絡(luò )變量niCarPla，以備自動(dòng)出票機打??；上位機的輸出網(wǎng)絡(luò )變量noTime與入口讀卡機、自動(dòng)出票機、出口讀卡機的輸入網(wǎng)絡(luò )變量niTime相連，提供時(shí)間；出口讀卡機的輸出網(wǎng)絡(luò )變量noCardNu與上位機的輸入網(wǎng)絡(luò )變量niCardNu相連，實(shí)現將IC卡卡號讀入上位機，上位機將根據卡號，在數據庫中定位到車(chē)輛入場(chǎng)時(shí)的信息，依據在場(chǎng)內停車(chē)的時(shí)間計算停車(chē)費用，并以將其輸出網(wǎng)絡(luò )變量noMoney與出口讀卡機輸入網(wǎng)絡(luò )變量niMoney相連的方法將余額寫(xiě)回IC卡中。出口讀卡機的輸出網(wǎng)絡(luò )變量noOpen與出口閘門(mén)機的輸入網(wǎng)絡(luò )變量niOpen相連，啟動(dòng)出口閘門(mén)機，允許車(chē)輛出場(chǎng)。另外，當上位機發(fā)現停車(chē)場(chǎng)中車(chē)位已滿(mǎn)時(shí)，會(huì )將輸出網(wǎng)絡(luò )變量niOpen連接至入口閘門(mén)機的輸入網(wǎng)絡(luò )變量niFull，顯示屏將顯示FULL信息。

    5 上位機與LonWorks網(wǎng)絡(luò )之間的數據交換

    上位機與Lonworks網(wǎng)絡(luò )交換數據采用的是DDE（動(dòng)態(tài)數據交換）技術(shù)。DDE是一種標準的Micrisoft Windows數據交換協(xié)議，它定義了一個(gè)Windows應用與另一個(gè)Windows應用之間交換信息的方法。當兩個(gè)Windows應用之間以DDE方式交換數據時(shí)，它們之間就建立了一個(gè)會(huì )話(huà)（DDE Conversation），DDE會(huì )話(huà)的客戶(hù)方（目的應用）請求服務(wù)器房（源應用）打開(kāi)通信通道。一旦一個(gè)會(huì )話(huà)建立起來(lái)，客戶(hù)就可以通過(guò)通道向服務(wù)器發(fā)送數據和從服務(wù)器接收數據。

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

    （1）熱鏈接(Hot Link)，在建立動(dòng)態(tài)數據交換鏈路以后，每當數據源應用程序提供的數據信息發(fā)生變化時(shí)，“服務(wù)器”就把新的數據自動(dòng)傳給“客戶(hù)”，又叫做“自動(dòng)式鏈接” (Automatic Link)；

    （2）冷鏈接(Cold Link)，在建立動(dòng)態(tài)數據交換鏈路以后，由服務(wù)器提供數據，客戶(hù)方接收。當服務(wù)器一側數據發(fā)生變化時(shí)，客戶(hù)方的數據不會(huì )自動(dòng)發(fā)生變化。

    只有在“客戶(hù)”的請求下，服務(wù)器才會(huì )把數據傳給“客戶(hù)”，又叫“被動(dòng)式鏈接”(Manual Link)；

    （3）溫鏈接(Warnl Link)，在建立動(dòng)態(tài)數據交換鏈路以后，當服務(wù)器數據發(fā)生變化時(shí)，“服務(wù)器”會(huì )引發(fā)一個(gè)事件通知“客戶(hù)”，但不傳送新的數據到“客戶(hù)”端，只有客戶(hù)端發(fā)生請求時(shí)，才會(huì )把數據傳送過(guò)去，又叫做“通知式鏈接” (Notify Link)。

    本停車(chē)場(chǎng)系統采用熱鏈接的方法，取得IC卡中用戶(hù)的信息后在上位機中進(jìn)行處理。當車(chē)主將IC卡插入讀卡機中時(shí)，讀卡機與LON節點(diǎn)通信，LON節點(diǎn)再以DDE方式與上位機進(jìn)行通信。上位機隨之顯示信息，車(chē)主姓名、IC卡號、進(jìn)場(chǎng)時(shí)間等；上位機還將查詢(xún)當前場(chǎng)內車(chē)位情況，并將數目最小的空余車(chē)位分配給該入場(chǎng)車(chē)輛。

    同時(shí)將全部信息自動(dòng)存入后臺數據庫。當車(chē)輛出場(chǎng)時(shí)，上位機會(huì )顯示車(chē)主姓名、IC卡號、車(chē)位、進(jìn)場(chǎng)時(shí)間以及應繳付的車(chē)費，并存入后臺數據庫。

    6 結語(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(chǎng)和用戶(hù)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)運用到樓宇自動(dòng)化停車(chē)場(chǎng)的設計中，實(shí)現了停車(chē)場(chǎng)的自動(dòng)管理，從根本上改變了原先的人工收費方式，提高了效率，減少了人為因素造成的管理收費混亂現象，使停車(chē)場(chǎng)的管理更趨標準化、現代化。樓宇自動(dòng)化是當今自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，而停車(chē)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