CN1289914A - 住宅小区智能控制器 - Google Patents

Abstract

一种住宅小区智能控制器。它包括:LonWorks控制模块,拨号模块,显示模块,按键模块,电源监视看门狗及EEPROM模块,存储模块,水、电、煤气、报警、家电控制端口,它们分别与单片机模块相连,通讯接口以及与LonWorks控制模块相连的振荡器。本发明基于LonWorks现场总线平台,能够完成小区自动远程抄表、住户室内安全防卫和小区管理监控功能。

Description

住宅小区智能控制器

本发明属于住宅小区智能控制领域，具体涉及住宅小区中用户终端设备。

随着生活水平的提高，各种智能化的住宅小区不断出现，逐渐受到人们的青睐。目前住宅小区智能化主要体现在：自动远程抄表、住户室内安全防卫和小区管理监控功能等。而这些功能主要是由用户终端控制器完成的。现有的一些用户终端控制器可以完成上述的功能，如以下的几种类型：

1、基于HFC(Hybrid fiber Coaxial network)传输平台的智能控制器

该智能控制器采用频率分割、数字压缩、调制解调等技术，在有线电视HFC(Hybrid fiber Coaxial network)网上，除传送常规的广播电视信号外，还可以进行高速的数据和低速的控制信号传输。目前深圳市有线电视台在梅林一村利用该平台使用美国Moore公司智能控制器实现防盗报警、求肋报警、煤气泄露报警、火灾烟感报警、电磁门控、水电气三表自动抄表收费等功能，并结合Cable Modem将数据通信融合起来。

但该智能控制器的主要缺点是：需要CATV网络双向改造，成本高；HFC网络自身的“漏斗效应”(由于有线电视HFC网络是树型结构，所以信号从用户端(大量的节点)到前端(少量节点，甚至一个节点)是一个汇聚过程，就象一个漏斗一样)，稳定性不是很好；HFC(Hybrid fiber Coaxial network)为共享式网络，安全性不高，不适于控制网络；智能控制部分的协议自定义，通用性不高，与不同厂商的产品兼容性差；

2、基于以太网传输平台的智能控制器

以西南交大科技发展有限公司开发的研制楼宇／住宅网络智能控制数据终端(简称NDT)为代表，主要用于楼宇住宅、住宅小区的智能化管理。它可将防盗报警、求肋报警、煤气泄露报警、火灾烟感报警、电磁门控、水电气三表自动抄表收费、物业管理及计算机通讯网络集于一体，通过计算机网络线路构成整个住宅小区的集中管理控制系统。该产品分为两个组成部分：网络接口单元和智能控制单元。两个单元都采用成熟的技术实现。网络接口单元采用以太网IEEE802．3作为介质访问控制协议，传输协议采用TCP／IP协议或IPX协议，管理计算机直接应用Windows95的协议组实现通信。介质访问控制芯片采用目前通用的10M以太网接口芯片。

而该产品的缺点主要是由于以太网本身，如：以太网主要用于计算机系统之间的相互通信，并不适于各种仪器(如：传感器)、仪表、设备之间的相互通信；以太网传输信息速率高，适宜于大数据量的传输(如文件、图像等数据信息)；不适于数据量较小的检测信息、状态信息和控制信息的传输。而且以太网需要专门的网络电缆，不能利用电力线或廉价的电缆(如双绞线)传输信息，成本相对较高。

目前的住宅小区控制器很少使用现场总线平台，更少使用局部操作网络(Local Operating Networks)现场总线平台。(LonWorks是美国Echelon公司推出的系统，为开发商提供一个开发平台。)即使用户终端控制器使用了现场总线平台，也大多为一些模拟量输入、模拟量输出、数字量输入和数字量输出等通用模块，没有在LonWorks(Local Operating Networks)现场总线平台上同时具有显示、按键和电话拨号功能模块的用户终端控制器。

本发明的目的就是克服现有技术的缺点，提出一种住宅小区智能控制器，将局部操作网络(LonWorks：Local Operating Networks)现场总线技术、通用控制模块、显示、按键和拨号模块及完全融合起来。

为了达到本发明的目的，本发明住宅小区智能控制器采用的技术方案包括：

单片机模块，完成主CPU统一协调管理的功能，即用于上层的数据处理和协助其它各模块功能的完成；

LonWorks(Local Operating Networks)控制模块，用于底层的通信；它包括：神经元芯片、存储器、收发器和低电压中断(LVI)电路。所述神经元芯片用于网络管理，通过所述收发器与LonWorks(局部操作网络)现场总线平台相连；

拨号模块，用于完成住户室内安全防卫，主要包括室内防盗、紧急求助、煤气泄漏探测和关断等的手工拨号和自动拨号功能；

显示模块，包括LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)和接口电路。用于显示水、电、煤气以及报警、密码设置等各种数据信息；

按键模块，包括译码器和键盘，用于按键输入；

电源监视看门狗及EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)模块，用于防止存储模块中的程序走飞；同时智能控制器系统通常需要监测电源电压情况，以便在系统掉电时能及时复位，避免因电源干扰波动时影响系统的正常工作；

振荡器，产生输入时钟，与LonWorks控制模块相连；

存储模块，包括EPROM(可擦除可编程只读存储器)和RAM，所述EPROM用于存放协议代码、事务驱动任务调度的程序、应用函数库和应用程序，所述的RAM用于存储应用和系统的数据；

通信接口提供智能控制器和该智能控制器以外的设备，如网络管理中心设备之间交换的数据包的格式。

单片机模块提供与LonWorks控制模块、拨号模块、显示模块、按键模块和电源监视看门狗及EEPROM模块、存储模块的接口，还负责报警开关量、家电控制量的输入、输出和处理，以及水、电、煤气三表的电子脉冲输出的计量，单片机模块定时读取外围接收到数据，并对它们进行进一步的处理，转换为适合于工程要求的单位和格式，以便通过终端设备输出结果。

由于本发明将LonWorks现场总线技术、通用控制模块、显示、按键和拨号模块及完全融合起来。一方面充分发挥了LonWorks的优点，使得本发明支持各种网络结构，开发周期短，开发质量高，维护难度低，并使得这个系统可靠性高，稳定性强，便于调整和扩充升级；另一方面住宅小区智能控制器，具有液晶显示、拨号功能，增强了稳定性和灵活性。

下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明。

图1：本发明住宅小区智能控制器结构示意图；

图2：图1中LonWorks控制模块示意图；

图3：电源监视看门狗及EEPROM模块与单片机模块连接示意图。

本发明提供的基于LonWorks现场总线平台的住宅小区智能控制器，实现了住宅小区的智能化。图1给出了智能控制器结构示意图。所述的住宅小区智能控制器首先将用户的水、电、煤气表脉冲信号分别通过水表端口10、电表端口11、煤气表端口12传送至单片机模块1中，单片机模块1接收到信号后，先将其转换为标准的TTL(晶体管逻辑电路)信号，通过驻留在存储模块6中的程序对信号计数，并按一定的算法完成相应的数据采集和收费计算，并将相应的表数据保存在智能控制器的存储模块6的RAM(随机存取存储器)中，存储模块6中的程序固化在EPROM(可擦除可编程只读存储器)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。其小区自动远程抄表完成对电子水表、电子电表和电子煤气表的远程自动抄写。以上三种表均为电子脉冲输出，对表的计量只需累计脉冲数即可。

住户室内安全防卫主要包括室内防盗，紧急求助，煤气泄漏探测和关断功能。各种探测器均为简单的开关量输入／输出接口，存储模块6中的程序随时监测各报警端口13的状态变化，一旦某报警端口通道状态发生变化，经该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；同时该报警信号启动拨号模块5，以语音形式告知户主(拨通户主指定的电话或BP机)。对于室内防盗的报警来说，当门上的门磁开关被打开时，存储模块6中的程序监测到与门磁开关相连的单片机模块1某报警端口置为高位，则认为应该报警，将信号传至LonWorks控制模块2中，LonWorks控制模块2将该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，同时，单片机模块1启动拨号模块5拨通户主指定的电话或BP机，以语音的形式告知户主：

其中的单片机模块1，主要完成主CPU统一协调管理的功能，用于上层的数据处理和其它各模块功能的完成。其提供与LonWorks控制模块2、拨号模块5、显示模块3、按键模块4和电源监视看门狗及EEPROM模块7、存储模块6的接口，还负责报警开关量输入、输出和处理，以及水、电、煤气三表的电子脉冲输出的计量，单片机模块1定时读取外围接收到数据，并对它们进行进一步的处理，转换为适合于工程要求的单位和格式，以便通过其终端设备输出结果。在单片机模块上面运行的主应用程序通过单片机模块中的网络驱动程序与网络通信接口9通信。网络驱动程序管理缓冲区的分配、缓冲区到通信接口9及网络通信接口9到缓冲区的传输等。考虑到功能等因素，选用单片机模块1作为主CPU。由于与单片机模块1接口的模块较多，而单片机模块1本身提供给用户使用的输入输出线不多，所以可使用8255芯片扩展I／O口。

如图2所示的LonWorks控制模块2用于底层的通信。它包括：神经元芯片21、存储器22、收发器23和低电压中断(LVI)电路24。

神经元芯片通过收发器23与LONWORKS网络(如：使用双绞线介质)相连。所述的收发器23可以是自由拓扑双绞线收发器FTT-10A，采用差分曼彻斯特编码，内置隔离变压器，因此双绞线无极性，且无接地问题。神经元芯片21采用芯片TMPN3150，其11个应用I／O(IO0-IO11)以及-RESET和-SERVICE引脚全部通过插座X1引出，为其他基于3150芯片的控制器的设计提供完全的接口。

神经元芯片3150的最低正常工作电压为4．5V，因此单板上设计了LVI(Low Voltage Interrupt)电路。该电路的作用是：

·保证神经元芯片的正确上电复位；

·当电源波动时，保证神经元芯片的正确复位；

·当电源掉电时，提供掉电保护。

显示模块3，用于显示水、电、煤气以及报警、密码设置等各种数据信息。存储模块6中的程序通过单片机模块1向显示模块3送入相应的命令和数据。单片机模块1通过数据线、控制线与显示模块3相连，开始先对显示模块3说明复位情况，该显示模块3有内部复位电路，能进行上电复位。复位时执行如下命令：清除显示；功能设置，设置数据长度、是否单行显示及相应的点阵字符；开／关显示，设置显示、光标、闪烁的开关；进入方式设置。然后单片机模块1送入数据和指令以控制相应的显示方式和显示内容。

拨号模块5，用于完成住户室内安全防卫主要包括室内防盗，紧急求助，煤气泄漏探测和关断等功能的手工拨号和自动拨号功能，可选用MT8880或MC34010等电话拨号模块，并增加相应的语音芯片。

此外，用户还可通过智能控制器中按键模块4的键盘向前端拨号发出医疗、火警或匪警等紧急求助信号。当遇上紧急事件求助时，用户可以按相应的医疗、火警或匪警等相应的紧急按键，通过按键模块4将相应的按键译码，并送与单片机模块1，单片机模块1利用存储模块6中的程序认为有紧急事件该报警，马上将信号传至LonWorks控制模块2中，LonWorks控制模块2将该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，同时，单片机模块1启动拨号模块5打通户主指定的电话或BP机，并打通医疗、火警或匪警等相关处理单位的电话。

按键模块4，包括译码器和键盘，也可以直接采用相应的键盘阵列。译码器将单片机模块1的三个IO口输出的扫描码000-111译码产生列扫描信号，此时8列中只有一列为0信号电平，其余各列为1信号电平，行线电平状态由两个单片机模块1的IO口读入。在按键处理中还考虑两个问题：重键和连击。

在实际按键操作中，如果无意同时或先后按下两个以上的键，这时就很难确认哪个按下是有效的，在软件编程上采取一些措施：当发现有键按下时，经10毫秒延时去除抖动，然后程序转入定位按键位置阶段。重击指一次按键产生多次击键的效果，在编程中有等待按键释放的处理，其目的就是为了消除连击，使得一次按键只产生一次键功能的执行。

该智能控制器还可以远程对家居进行监测与控制：可以通过打电话查询电源监视看门狗与EEPROM模块7中相应的EEPROM中的某字节的某位的0或1，以获得相应电器的工作状态。如主人离家时忘了关空调，此时标识空调器开关状态的标识位为1，可以通过远程拨号将该标识位置位为0，存储模块6中的程序读得该位为0，则会通过家电控制端口14将连接空调的继电器断开，将该空调器关闭；

根据事先设定的时间，智能控制器能自动完成某些定时工作。如可以设定早晨七点钟打开电视机收看新闻，同时拉开窗帘，此时在存储模块6中相应的时间标识位上设置7点钟，事件标识上设置电视机和窗帘启动，当时间到时，存储模块6中的程序会根据事件标识上事件通过单片机模块1将电视机和窗帘启动；根据住户正在进行的工作，智能控制器能自动执行相应的其他联动工作。如：住户在厨房炒菜，抽油烟机会自动打开，排出废气废烟，此时，在存储模块6中的程序中会根据厨房煤气启动标识位的值变化，驱动抽油烟机的启动事件，通过单片机模块1将抽油烟机打开。

振荡器8产生输入时钟，相应的LonWorks控制模块2中的神经元芯片21以2的幂实现输入时钟的分频，从而获得芯片的系统时钟。系统时钟再以4分频，为LonWorks控制模块2中的应用I／O、网络通信端口以及CPU的看门狗定时器提供时钟信号。

电源监视看门狗及EEPROM模块7，用于防止存储模块6中的程序走飞，EEPROM用于存储需保存的数据，当电源不正常时，可将存储模块6RAM中的数据存入EEPROM中；同时智能控制器系统通常需要监测电源电压情况，以便在系统掉电时能及时复位，避免因电源干扰波动时影响系统的正常工作；在单片机模块1应用中需要预先设置一些参数，比如时钟初值、控制算法参数等需要用户设置，一旦设置完成后这些参数往往需要掉电保护；在传统的电路设计中，一般采用专门的看门狗监控电路和非易失存储器EEPROM电路来达到上述要求，但往往有成本较高、电路板空间较大、接口复杂等不利因素。本发明采用美国Xicor公司出品的新型可编程看门狗监控EEPROM芯片X25045，其将三种常用的功能(看门狗定时、电压监控和EEPROM)组合在单个封装之内，从而降低成本、减小电路板空间。X25045与单片机模块1硬件接口如图3所示，CS为芯片片选端，读／写操作时该端必须为低电平。SI为串行数据输入端，所有操作码、字节地址和写入存储器的数据在此引脚上输入，数据由串行时钟输入的上升沿锁存。SCK为串行时钟端，SCK最大的串行时钟频率可达到1MHz，它用于数据输入和输出的串行总线定时。操作码、地址或出现在SI引脚上的数据在时钟输入的上升沿锁存，而SO引脚上的数据在时钟输入的下降沿之后发生改变。SO为推挽串行数据输出引脚，在读周期内，数据在此引脚移出，由串行时钟的下降沿同步输出。WP为写保护端，当WP为低电平时，X25045的写操作被禁止。RES为复位端，漏级开路输出。VCC为电源电压。当VCC下降至低于最小VCC监测电平，RESET将输出高电平，它将保持高电平直至VCC上升到比最小VCC监测电平高200mV为止。如果允许看门狗定时器工作且CS保持高电平或低电平的时间长于看门狗超时周期，则RES也变为高电平，CS的下降沿将复位看门狗定时器。X25045的存储器部分是CMOS的4096位串行EEPROM，它在内部按512×8来组织，用于保存数据。

电源模块为AC／DC模块电源，用于将220V交流电转为所需要的5V直流电。可考虑采用Harvest公司的电源模块，其采用了高频开关技术，可在电路板上直接安装，无需外加散热器。

由于本发明是基于美国Echelon公司推出的LonWorks现场总线平台之上，因此充分发挥LonWorks的优点：支持各种网络结构，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；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；开发周期短，开发质量高；系统中节点的增加、修改容易，便于系统调整和扩充升级。

Claims (5)

1、一种住宅小区智能控制器，其特征在于包括：单片机模块(1)，用于上层的数据处理和协助其它各模块功能的完成，提供与LonWorks控制模块(2)、显示模块(3)、按键模块(4)、拨号模块(5)、存储模块(6)、电源监视看门狗及EEPROM模块(7)的接口，还用来接收水表端口(10)、电表端口(11)、煤气表端口(12)、报警端口(13)输入信号，并向家电控制端口(14)输出各种控制家电的开关量；LonWorks控制模块(2)，用于底层的通信；显示模块(3)，用于显示水、电、煤气以及报警、密码设置等各种数据信息；按键模块(4)，包括译码器和键盘，用于按键输入；拨号模块(5)，用于完成住户室内安全防卫的手工拨号和自动拨号功能；存储模块(6)，用于存储程序和数据；电源监视看门狗及EEPROM模块(7)，用于防止存储模块中的程序走飞，并避免因电源干扰波动时影响系统的正常工作；振荡器(8)，产生输入时钟，与LonWorks控制模块(2)相连；通信接口(9)，提供智能控制器和该智能控制器以外的设备之间交换的数据包的格式；水表端口(10)，用于输入水表的电子脉冲信号；电表端口(11)，用于输入电表的电子脉冲信号；煤气表端口(12)，用于输入煤气表的电子脉冲信号；报警端口(13)，用于各种报警信号的输入和输出；家电控制端口(14)，用于输出各种控制家电的开关量。

2、如权利要求1所述一种住宅小区智能控制器，其特征在于：所述的LonWorks控制模块(2)包括：神经元芯片(21)、存储器(22)、收发器(23)和低电压中断电路(24)，所述神经元芯片(21)用于网络管理，通过所述收发器(23)与LonWorks现场总线平台相连。

3、如权利要求2所述一种住宅小区智能控制器，其特征在于：所述的收发器(23)可以是自由拓扑双绞线收发器FTT-10A，采用差分曼彻斯特编码，内置隔离变压器。

4、如权利要求1或2所述一种住宅小区智能控制器，其特征在于：所述的显示模块(3)通过经LCD芯片显示用户所需的信息。

5、如权利要求1或2所述一种住宅小区智能控制器，其特征在于：所述的存储模块(6)，包括EPROM和RAM，所述EPROM用于存放协议代码、事务驱动任务调度的程序、应用函数库和应用程序，RAM用于存储应用和系统的数据。

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