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    （广东工业大学实验教学部，广东 广州 510006）陈 安
                                 
    陈安（1979-）男，浙江东阳人，讲师，硕士，广东工业大学实验教学部电工电子中心副主任，研究方向为智能控制理论与应用。

    摘要：概述了LonWorks网络组成与网络管理，并较为详细的描述了停车场控制系统结构及系统网络变量的连接，最后介绍了上位机与Lonworks网络间的数据交换。

    关键词：LonWorks；停车场；控制系统

    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

    随着人类社会的进步和科学技术的发展，人类社会开始迈入以数字化和网络化为平台的智能化社会，开始出现了诸如智能化仪表、智能化机器人、智能化汽车、智能化家居、智能化小区、大厦乃至智能化城市等，以及具有不同程度智能的各种产品、设备、工具、乃至工作环境和生活环境。伴随着数字化和网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界每个角落，成为一种势不可挡的历史趋势。

    传统的停车场都是采用人工管理的方式，车辆的进出场，停放都需要人工来引导，计费也是由专人来收取，自动化程度很低，管理很不规范。楼宇自动化的迅速发展对停车场的管理提出了新的要求，停车场的管理不再是一个孤立的部分，而是与智能大厦的其它组成部分相结合，成为智能大厦一个不可或缺的子系统。停车场管理系统的自动化程度在一定程度上反映了该智能建筑的智能化程度的高低。

    现在几乎所有智能楼宇中都设有大型停车场，设置停车场车辆的自动管理系统主要有两个作用：一是防盗，所有在停车场中的车辆都需“验明正身”才能放行；二是实施自动收费。

    目前，国内外开发的停车场自动化管理系统广泛采取的控制方式是集中式或集散式控制系统。在这类独享式控制方案和中心控制系统中，由远程传感器向中心控制器提供反馈信号来控制传感器和执行器，需要耗费大量的时间和电缆来建立通信，而且这样的系统设计周期长，可靠性低，不易重构。新崛起的现场总线技术摆脱了上述技术的不足。美国ECHELON公司以Neuron芯片为核心的Lonworks技术是现场总线控制技术的代表，本停车场系统将Lonworks技术运用于停车场智能控制系统，利用LON技术的对等通信，无中心控制，智能分散控制方式的优点，使系统设计的成本降低，可靠性以及智能化程度提高，易于扩展和重构。

    2 LonWorks网络组成与网络管理

    LonWorks技术包括设计、使用和支持Lon网络所需的全部工具，主要有：神经元芯片Neuron Chip、神经元芯片编程语言Neuron C、网络通信协议LonTalk、网络接口、网络路由器Router、网络收发器Transceiver和网络开发工具LonBuilder(或NodeBuilder)。这些组成LonWorks的基本要素，为Lon网络的设计提供了一个完整的开发环境，FCS系统的设计者可以利用这些平台设计Lon网络中的节点并安装网络。网络中采用Neuron芯片的智能节点（可能是传感器、变送器、执行机构或其他测控设备）之间遵循LonTalk局部操作网络通信协议，这种遵循LonTalk协议的局部操作网络就称为LonWorks控制网络系统，其结构如图1所示。
                 
                            
    目前对Lonworks系统的网络管理有两种途径，一种是使用Visual Control进行网络管理，这种方法的优点是网络结构形象逼真，它可以将整个网络系统以树型的方式展现在用户面前，用户可以方便地增、删节点和结构分支，并可方便地查看各个节点中网络变量的数值与状态。其缺点是网络较庞大，价格也较昂贵。因为网络系统只是其中的一部分功能，故实际现场中单作为网络管理有些不经济，由于软件本身的问题，网络管理系统的故障率也较高，有待进一步改进。另一种是使用LonMaker网络管理软件，它具有小巧、实用的特点。缺点是系统运行在DOS方式下，界面不太直观，但在现场管理上比较经济实用，软件所占空间小且价格便宜。我们一般是用Visual Control进行系统设计、自定义模块的编程，并依靠它将代码下载到节点的Flash Rom中，然后用Lonmaker进行网络管理。Lonmaker是美国ECHELON公司为其现场总线Lonworks配套开发的网络管理组态软件，它可以通过对节点内和节点间网络变量的实时连接，在线完成控制系统的组态，这使我们可以在线重新调整组织控制系统，并可实时修改网络变量的数值与状态，以使技术人员能方便地进行现场调试及测试。


    3 停车场控制系统

    停车场自动控制系统由一台PC机，一台自动出票机，四只环路探测器，一台入口闸门机，一台出口闸门机，两台IC卡读卡机组成。停车场控制系统结构框图如图2所示。

    节点一：入口闸门机节点

    车辆的入口处安装有两个环路探测器。一号环路探测器装在入口外侧，用以检测是否有车进场；二号环路探测器装在入口闸门机上，检测横杠下是否有车，以避免轧车。环路探测器对有车和无车两种情况会产生不同频率的方波信号输出，以此来判断是否有车。

    节点二：入口读卡机节点

    车主将IC卡插入入口读卡机，入口读卡机将验卡。它提取卡中信息，读入上位计算机。计算机将分配车位给进场车辆，并通过出票机(节点三)打印出票以下信息：IC卡卡号、卡中余额、入场时间、分配的车位号，以提醒车主。

    节点三：出票机节点

    负责打印出票。车辆通过入口闸门机后，即经过出票机，车主可取得打印的票据。票据上显示“IC卡卡号”、“入场时间”、“车位“、“卡中余额”，并要求用户保管好此票据。

    节点四：出口读卡机节点

    车辆出场时，车主将IC卡插入出口读卡机，出口读卡机将验卡，并将卡号发送至上位计算机，与上位计算机中保存的信息进行核对。上位计算机根据车辆入场时存取的信息（如卡号、车位、金额、入场时间）扣除应缴付的费用，再将余额写入卡中。如卡中金额不足以支付停车费，要提醒管理员进行收费。

    节点五：出口闸门机节点

    交费毕，出口闸门机启动，车辆出场。出口闸门机处也装有两个环路探测器，功能类同于入口闸门机处的环路探测器。

    上位计算机负责整个停车场的管理，包括数据库的管理和对停车场的监控。

    4 控制系统网络变量的连接
                    
    图3为系统网络变量的连接图。在图中，可以看到，入口闸门机的网络变量noCarIn与入口读卡机的网络变量niEable以及自动出票机的网络变量niEable相连，在有车进场时，使入口读卡机和自动出票机使能。当车主将IC卡插入IC卡读卡器后，入口读卡机将读取的IC卡卡号作为网络变量noCardNu输出，noCardNu与自动出票机以及上位机的输入网络变量niCardNu相连，以备自动出票机打印车主IC卡卡号和上位机存储信息；入口读卡机的输出网络变量noMoney将IC卡中金额连接至自动出票机以及上位机的输入网络变量niMoney，以备自动出票机打印车主IC卡中金额以及上位机存储信息；上位机在得知有车进场后，将查询场内车位信息，并将数目最小的车位分配给进场车辆，上位机的输出网络变量noCarPla将车位连接至自动出票机的输入网络变量niCarPla，以备自动出票机打印；上位机的输出网络变量noTime与入口读卡机、自动出票机、出口读卡机的输入网络变量niTime相连，提供时间；出口读卡机的输出网络变量noCardNu与上位机的输入网络变量niCardNu相连，实现将IC卡卡号读入上位机，上位机将根据卡号，在数据库中定位到车辆入场时的信息，依据在场内停车的时间计算停车费用，并以将其输出网络变量noMoney与出口读卡机输入网络变量niMoney相连的方法将余额写回IC卡中。出口读卡机的输出网络变量noOpen与出口闸门机的输入网络变量niOpen相连，启动出口闸门机，允许车辆出场。另外，当上位机发现停车场中车位已满时，会将输出网络变量niOpen连接至入口闸门机的输入网络变量niFull，显示屏将显示FULL信息。

    5 上位机与LonWorks网络之间的数据交换

    上位机与Lonworks网络交换数据采用的是DDE（动态数据交换）技术。DDE是一种标准的Micrisoft Windows数据交换协议，它定义了一个Windows应用与另一个Windows应用之间交换信息的方法。当两个Windows应用之间以DDE方式交换数据时，它们之间就建立了一个会话（DDE Conversation），DDE会话的客户方（目的应用）请求服务器房（源应用）打开通信通道。一旦一个会话建立起来，客户就可以通过通道向服务器发送数据和从服务器接收数据。

    DDE中有一个重要的属性，也就是LinkMode属性，它定义了返回或设置用于DDE会话中的Link类型，并激活下列的联结（connection）中的一种：

    （1）热链接(Hot Link)，在建立动态数据交换链路以后，每当数据源应用程序提供的数据信息发生变化时，“服务器”就把新的数据自动传给“客户”，又叫做“自动式链接” (Automatic Link)；

    （2）冷链接(Cold Link)，在建立动态数据交换链路以后，由服务器提供数据，客户方接收。当服务器一侧数据发生变化时，客户方的数据不会自动发生变化。

    只有在“客户”的请求下，服务器才会把数据传给“客户”，又叫“被动式链接”(Manual Link)；

    （3）温链接(Warnl Link)，在建立动态数据交换链路以后，当服务器数据发生变化时，“服务器”会引发一个事件通知“客户”，但不传送新的数据到“客户”端，只有客户端发生请求时，才会把数据传送过去，又叫做“通知式链接” (Notify Link)。

    本停车场系统采用热链接的方法，取得IC卡中用户的信息后在上位机中进行处理。当车主将IC卡插入读卡机中时，读卡机与LON节点通信，LON节点再以DDE方式与上位机进行通信。上位机随之显示信息，车主姓名、IC卡号、进场时间等；上位机还将查询当前场内车位情况，并将数目最小的空余车位分配给该入场车辆。

    同时将全部信息自动存入后台数据库。当车辆出场时，上位机会显示车主姓名、IC卡号、车位、进场时间以及应缴付的车费，并存入后台数据库。

    6 结语

    LonWorks开放式、可互操作性、成熟和低成本的特点，使得众多的制造厂和用户纷纷在其控制网络方案中采用LonWorks技术。本文将LonWorks技术运用到楼宇自动化停车场的设计中，实现了停车场的自动管理，从根本上改变了原先的人工收费方式，提高了效率，减少了人为因素造成的管理收费混乱现象，使停车场的管理更趋标准化、现代化。楼宇自动化是当今自动化领域的一个热点，而停车场作为智能大厦的一个重要组成部分，还有许多工作可以做，也值得去做。

    参考文献：

    [1] 阳宪惠. 现场总线技术与应用[M]. 清华大学出版社，1999.

    [2] 杨守权. 建筑自动化与LonWorks现场总线技术[J]. 电气时代，2006（7）: 88-89.

    [3] 陈龙. 智能小区及智能大楼的系统设计（第一版）[M]. 中国建筑工业出版社，2001.

    [4] 李万，周潘军. Lonworks网络的新技术[J]. 测控技术，2006，25 (2): 48-50.

     摘自《自动化博览》2010年第八期