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    （廣東工業大學實驗教學部，廣東 廣州 510006）陳 安
                                 
    陳安（1979-）男，浙江東陽人，講師，碩士，廣東工業大學實驗教學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網絡組成與網絡管理，并較為詳細的描述了停車場控制系統結構及系統網絡變量的連接，最后介紹了上位機與Lonworks網絡間的數據交換。

    關鍵詞：LonWorks；停車場；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

    隨著人類社會的進步和科學技術的發展，人類社會開始邁入以數字化和網絡化為平臺的智能化社會，開始出現了諸如智能化儀表、智能化機器人、智能化汽車、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品、設備、工具、乃至工作環境和生活環境。伴隨著數字化和網絡化的進程，智能化的浪潮席卷了世界每個角落，成為一種勢不可擋的歷史趨勢。

    傳統的停車場都是采用人工管理的方式，車輛的進出場，停放都需要人工來引導，計費也是由專人來收取，自動化程度很低，管理很不規范。樓宇自動化的迅速發展對停車場的管理提出了新的要求，停車場的管理不再是一個孤立的部分，而是與智能大廈的其它組成部分相結合，成為智能大廈一個不可或缺的子系統。停車場管理系統的自動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場，設置停車場車輛的自動管理系統主要有兩個作用：一是防盜，所有在停車場中的車輛都需“驗明正身”才能放行；二是實施自動收費。

    目前，國內外開發的停車場自動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控制傳感器和執行器，需要耗費大量的時間和電纜來建立通信，而且這樣的系統設計周期長，可靠性低，不易重構。新崛起的現場總線技術擺脫了上述技術的不足。美國ECHELON公司以Neuron芯片為核心的Lonworks技術是現場總線控制技術的代表，本停車場系統將Lonworks技術運用于停車場智能控制系統，利用LON技術的對等通信，無中心控制，智能分散控制方式的優點，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網絡組成與網絡管理

    LonWorks技術包括設計、使用和支持Lon網絡所需的全部工具，主要有：神經元芯片Neuron Chip、神經元芯片編程語言Neuron C、網絡通信協議LonTalk、網絡接口、網絡路由器Router、網絡收發器Transceiver和網絡開發工具LonBuilder(或NodeBuilder)。這些組成LonWorks的基本要素，為Lon網絡的設計提供了一個完整的開發環境，FCS系統的設計者可以利用這些平臺設計Lon網絡中的節點并安裝網絡。網絡中采用Neuron芯片的智能節點（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局部操作網絡通信協議，這種遵循LonTalk協議的局部操作網絡就稱為LonWorks控制網絡系統，其結構如圖1所示。
                 
                            
    目前對Lonworks系統的網絡管理有兩種途徑，一種是使用Visual Control進行網絡管理，這種方法的優點是網絡結構形象逼真，它可以將整個網絡系統以樹型的方式展現在用戶面前，用戶可以方便地增、刪節點和結構分支，并可方便地查看各個節點中網絡變量的數值與狀態。其缺點是網絡較龐大，價格也較昂貴。因為網絡系統只是其中的一部分功能，故實際現場中單作為網絡管理有些不經濟，由于軟件本身的問題，網絡管理系統的故障率也較高，有待進一步改進。另一種是使用LonMaker網絡管理軟件，它具有小巧、實用的特點。缺點是系統運行在DOS方式下，界面不太直觀，但在現場管理上比較經濟實用，軟件所占空間小且價格便宜。我們一般是用Visual Control進行系統設計、自定義模塊的編程，并依靠它將代碼下載到節點的Flash Rom中，然后用Lonmaker進行網絡管理。Lonmaker是美國ECHELON公司為其現場總線Lonworks配套開發的網絡管理組態軟件，它可以通過對節點內和節點間網絡變量的實時連接，在線完成控制系統的組態，這使我們可以在線重新調整組織控制系統，并可實時修改網絡變量的數值與狀態，以使技術人員能方便地進行現場調試及測試。


    3 停車場控制系統

    停車場自動控制系統由一臺PC機，一臺自動出票機，四只環路探測器，一臺入口閘門機，一臺出口閘門機，兩臺IC卡讀卡機組成。停車場控制系統結構框圖如圖2所示。

    節點一：入口閘門機節點

    車輛的入口處安裝有兩個環路探測器。一號環路探測器裝在入口外側，用以檢測是否有車進場；二號環路探測器裝在入口閘門機上，檢測橫杠下是否有車，以避免軋車。環路探測器對有車和無車兩種情況會產生不同頻率的方波信號輸出，以此來判斷是否有車。

    節點二：入口讀卡機節點

    車主將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。計算機將分配車位給進場車輛，并通過出票機(節點三)打印出票以下信息：IC卡卡號、卡中余額、入場時間、分配的車位號，以提醒車主。

    節點三：出票機節點

    負責打印出票。車輛通過入口閘門機后，即經過出票機，車主可取得打印的票據。票據上顯示“IC卡卡號”、“入場時間”、“車位“、“卡中余額”，并要求用戶保管好此票據。

    節點四：出口讀卡機節點

    車輛出場時，車主將IC卡插入出口讀卡機，出口讀卡機將驗卡，并將卡號發送至上位計算機，與上位計算機中保存的信息進行核對。上位計算機根據車輛入場時存取的信息（如卡號、車位、金額、入場時間）扣除應繳付的費用，再將余額寫入卡中。如卡中金額不足以支付停車費，要提醒管理員進行收費。

    節點五：出口閘門機節點

    交費畢，出口閘門機啟動，車輛出場。出口閘門機處也裝有兩個環路探測器，功能類同于入口閘門機處的環路探測器。

    上位計算機負責整個停車場的管理，包括數據庫的管理和對停車場的監控。

    4 控制系統網絡變量的連接
                    
    圖3為系統網絡變量的連接圖。在圖中，可以看到，入口閘門機的網絡變量noCarIn與入口讀卡機的網絡變量niEable以及自動出票機的網絡變量niEable相連，在有車進場時，使入口讀卡機和自動出票機使能。當車主將IC卡插入IC卡讀卡器后，入口讀卡機將讀取的IC卡卡號作為網絡變量noCardNu輸出，noCardNu與自動出票機以及上位機的輸入網絡變量niCardNu相連，以備自動出票機打印車主IC卡卡號和上位機存儲信息；入口讀卡機的輸出網絡變量noMoney將IC卡中金額連接至自動出票機以及上位機的輸入網絡變量niMoney，以備自動出票機打印車主IC卡中金額以及上位機存儲信息；上位機在得知有車進場后，將查詢場內車位信息，并將數目最小的車位分配給進場車輛，上位機的輸出網絡變量noCarPla將車位連接至自動出票機的輸入網絡變量niCarPla，以備自動出票機打印；上位機的輸出網絡變量noTime與入口讀卡機、自動出票機、出口讀卡機的輸入網絡變量niTime相連，提供時間；出口讀卡機的輸出網絡變量noCardNu與上位機的輸入網絡變量niCardNu相連，實現將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輛入場時的信息，依據在場內停車的時間計算停車費用，并以將其輸出網絡變量noMoney與出口讀卡機輸入網絡變量niMoney相連的方法將余額寫回IC卡中。出口讀卡機的輸出網絡變量noOpen與出口閘門機的輸入網絡變量niOpen相連，啟動出口閘門機，允許車輛出場。另外，當上位機發現停車場中車位已滿時，會將輸出網絡變量niOpen連接至入口閘門機的輸入網絡變量niFull，顯示屏將顯示FULL信息。

    5 上位機與LonWorks網絡之間的數據交換

    上位機與Lonworks網絡交換數據采用的是DDE（動態數據交換）技術。DDE是一種標準的Micrisoft Windows數據交換協議，它定義了一個Windows應用與另一個Windows應用之間交換信息的方法。當兩個Windows應用之間以DDE方式交換數據時，它們之間就建立了一個會話（DDE Conversation），DDE會話的客戶方（目的應用）請求服務器房（源應用）打開通信通道。一旦一個會話建立起來，客戶就可以通過通道向服務器發送數據和從服務器接收數據。

    DDE中有一個重要的屬性，也就是LinkMode屬性，它定義了返回或設置用于DDE會話中的Link類型，并激活下列的聯結（connection）中的一種：

    （1）熱鏈接(Hot Link)，在建立動態數據交換鏈路以后，每當數據源應用程序提供的數據信息發生變化時，“服務器”就把新的數據自動傳給“客戶”，又叫做“自動式鏈接” (Automatic Link)；

    （2）冷鏈接(Cold Link)，在建立動態數據交換鏈路以后，由服務器提供數據，客戶方接收。當服務器一側數據發生變化時，客戶方的數據不會自動發生變化。

    只有在“客戶”的請求下，服務器才會把數據傳給“客戶”，又叫“被動式鏈接”(Manual Link)；

    （3）溫鏈接(Warnl Link)，在建立動態數據交換鏈路以后，當服務器數據發生變化時，“服務器”會引發一個事件通知“客戶”，但不傳送新的數據到“客戶”端，只有客戶端發生請求時，才會把數據傳送過去，又叫做“通知式鏈接” (Notify Link)。

    本停車場系統采用熱鏈接的方法，取得IC卡中用戶的信息后在上位機中進行處理。當車主將IC卡插入讀卡機中時，讀卡機與LON節點通信，LON節點再以DDE方式與上位機進行通信。上位機隨之顯示信息，車主姓名、IC卡號、進場時間等；上位機還將查詢當前場內車位情況，并將數目最小的空余車位分配給該入場車輛。

    同時將全部信息自動存入后臺數據庫。當車輛出場時，上位機會顯示車主姓名、IC卡號、車位、進場時間以及應繳付的車費，并存入后臺數據庫。

    6 結語

    LonWorks開放式、可互操作性、成熟和低成本的特點，使得眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網絡方案中采用LonWorks技術。本文將LonWorks技術運用到樓宇自動化停車場的設計中，實現了停車場的自動管理，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，使停車場的管理更趨標準化、現代化。樓宇自動化是當今自動化領域的一個熱點，而停車場作為智能大廈的一個重要組成部分，還有許多工作可以做，也值得去做。

    參考文獻：

    [1] 陽憲惠. 現場總線技術與應用[M]. 清華大學出版社，1999.

    [2] 楊守權. 建筑自動化與LonWorks現場總線技術[J]. 電氣時代，2006（7）: 88-89.

    [3] 陳龍. 智能小區及智能大樓的系統設計（第一版）[M]. 中國建筑工業出版社，2001.

    [4] 李萬，周潘軍. Lonworks網絡的新技術[J]. 測控技術，2006，25 (2): 48-50.

     摘自《自動化博覽》2010年第八期