智能小區安防技術分析論文

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摘要：本文首先簡單介紹了智能小區在當今社會的現狀與發展前途，隨后闡述了LNS技術，最后詳細介紹了LNS構架的智能小區安防及關鍵技術應用研究。

關鍵詞：LonWorks構架智能小區安防關鍵技術

一、智能小區的現狀與發展前途

1.智能小區的概念

智能建筑是計算機、通訊、建筑藝術以及圖象信息等多種技術集成后經先進設計和嚴格施工而得到的具有安全、高級、舒適、健康、溫馨等特征的建筑。它涵蓋智能自動化、信息化、生態化等多方面的內容。

把智能建筑技術擴展到一個區域的幾座智能建筑進行綜合管理，再分層次地連接起來進行統一管理，這樣的區域被稱為智能小區。即采取集中控制、模塊化結構的設計方式，所有子系統的管理都集中在綜合控制中心。綜合控制中心的管理人員可以查詢和確認小區內住戶家庭中的安全狀況及三表狀況等。智能小區是繼智能建筑之后的又一個熱點趨勢。

2.智能小區的現狀

當前智能住宅小區應用系統的基本配置主要包括以下幾個方面：

●信息通訊系統：提供用戶話音通信，視頻廣播，寬帶信息服務。

●安全防范系統：

a)小區周界報警，設置紅外、微波等裝置，中心能夠顯示各報警路段和報警時間。

b)攝像監視，小區重點部位設置相應的探測器或攝像機，監視有關信息和傳輸圖象并進行記錄和存儲。可視對講。

c)小區居民室內具有燃氣泄露報警、門磁、紅外、玻璃破碎、漏水檢測、緊急求助等功能。

d)小區室外公共場所設置有線廣播系統。

e)通過智能卡或其他形式對進出車輛進行管理和計費。

●建筑設備監控系統：

a)通過給排水監控系統的監視，顯示有關的運行狀態。

b)電梯工作狀態的故障狀態及所在樓層位置受到監視。

c)照明設備的監控。

●物業管理系統：

a)配置實用的計算機物業管理軟件，實現小區物業管理計算機化，建立小區管理信息系統。

b)實現遠程抄表功能。

c)各系統實現信息連通，統一管理。

當然，在實際建設過程中，還可根據市場需要，進行其他功能的添配。

但是，目前智能小區建設中也還存在著不少問題。一般小區為了實現集中監控的目的，在中央控制室設置以計算機為核心的中央站，分站則以微處理機為核心，形成集散型的分布式計算機系統。而其分站的微處理機有以單片機為主的486、586等，有進口的DCS模塊。要么產品先進性不強，要么成本較高。使得智能小區管理系統的穩定可靠性和先進性不高。同時由于智能小區工程建設是分期進行的，這也使得系統增容的可擴充性也不強。

也有一些智能小區控制系統按功能劃分，各子系統之間垂直分割，不能共享信息，設備重復投資。

這些問題的解決可以從以下幾個角度來考慮：

考慮到設備和技術的先進性，智能小區系統采用LonWorks總線技術，使整個小區的網絡達到先進性。

LonWorks控制網絡包括由一個或多個通信通道連接起來的智能模塊即智能節點，節點間通過LonTalk協議進行通信。智能模塊可以編程實現信息的發送和對外來指令的響應。因為智能模塊具有成本低，兼容性好的特點，考慮到智能小區工程建設分期進行的實際情況，非常有利于系統增容的可擴充性。

目前推出的LNS構架的智能小區控制系統，完全是因為LNS多客戶多服務器技術可以給網絡使用者帶來很多好處：大大減少開發時間和費用；簡單的系統集成；訪問數據不受限制等等。這也是本文所述演示系統采用LNS構架的原因。

3.智能小區的發展前途

智能小區在未來的發展主要有兩個方面：

一是“以人為本”的思想。小區建設在未來將逐漸深入到建設智能化家庭的建設。比如使小區居民可以在家實現“電子貨幣”交易或網上購物、網上醫療診斷、參觀虛擬博物館和圖書館、點播VOD家庭影院；甚至在外的小區居民或者智能小區管理控制中心都可以對小區居民家里的空調設備和家庭電器進行遙控，能夠隨時隨地查詢和確認家庭中的安全狀況等。總之，未來智能小區的設計將堅持人性化的系統設計思想，最大限度地向居民提供溫馨舒適、方便周到和經濟的服務，處處為居民著想。

其次，“節能”的思想。環保是21世紀的重要主題，所以未來的小區建設將更多的考慮到環保問題。主要體現在小區住宅能源的供應上，要本著節能的原則，讓小區設施在成為服務環節中的一員的同時，使小區居民、小區設施、小區環境高度統一、和諧，融為一體。

二、LNS技術

LNS(LonWorksNetworkService)是Echelon公司最新開發出來的LON總線的開發工具，它提供用戶一個強大的客戶/服務器網絡構架，是未來LON總線的可互操作性基礎。使用LNS提供的網絡服務，可以保證從不同網絡服務器上提供的網絡管理工具可以一起執行網絡安裝、網絡維護、網絡監測；而眾多的客戶則可以同時申請這些服務器所提供的網絡功能。

LNS提供壓縮的、面向對象的編程模式，大大減少了用戶開發時間和對系統的要求。它將網絡變成一個層次化的對象，通過對象的屬性、事件和方法對網絡進行訪問。且訪問數據不受限制，允許用戶同時使用多臺人機接口(HMI)、SCADA站、數據站，同時訪問網絡上的數據。且為使用戶的系統設計簡單，LNS盡可能的提供了自動化的功能。

LNS構架和主機是無關的，它支持任何平臺的用戶，這些平臺可以是嵌入式的微處理器，也可以是WindowsPC機、UNIX工作站。主機是通過LNS的API(ApplicationProgrammIterface)來操作LNS的。LNS主機API是一個代碼層，對不同的開發平臺提供各種不同的編程工具，從而大大簡化了系統集成。

LNS構架主要包括四個主要的組件：網絡服務服務器(NSS)、網絡服務器接口(NSI)、LCA對象服務器和LCA數據服務器。

三、LNS構架的智能小區安防及關鍵技術應用研究

LNS構架的智能小區演示系統具有多種功能，如三表的遠程抄表、安防技術、聯動控制、家電控制等，現就遠程抄表和安防技術對其管理進行較詳細說明。

1.下位機硬件結構

下位機硬件主要包括智能節點、路由器、時鐘模塊和接口卡。

現場信號有三表讀數、各報警傳感器和執行器的狀態等，將這些信號與神經元芯片相連，加上一個收發器即可構成一個現場智能節點。由于神經元芯片有11個I/O口和2K的RAM，加少量調理電路即可直接與三表信號量相連，而報警信號則可直接與神經元芯片相連。最后將所有的節點都掛接在LON總線上，網絡拓撲可為總線型或星型或自由拓撲型。節點間可通過LonTalk協議相互通訊。

由于智能小區建筑的分散性和各棟樓施工要求可能不同，使用路由器將大大突破傳統總線的局限——不受通信距離、通信介質和通信速率的限制。使得在一個小區內可兼顧技術與經濟的不同要求，采用不同的通信介質，在不同的段內兼容不同的通信速率。

2.上位機監控與管理

上位機可以采用多種技術和LON總線進行通訊，LonmanagerDDE、LNSDDE和LNSAPI，已自主完成了多種驅動軟件的開發。實現了與FIX、INTOUCH、KingView等多種工業組態軟件與LON網絡的連接，方便了用戶界面的迅速開發。同時也支持Delphi、VB、VC、EXCEL等語言的開發。

基于智能小區控制對大量的控制設備和過程監控裝置之間的通訊的需要，上位機一般采用具有“監控和數據采集”功能的組態軟件，如FIX、INTOUCH、組態王(KingView)等，以便能以高性能和高可靠性對眾多的控制器和其他現場部件進行控制和監視，且能隨時對各種事件作出反應，并且不丟失任何重要數據和報警信息。

我們在演示系統的上位機采用組態王(KingView)來監控和采集數據。

組態王有著易于使用的圖形界面，方便智能小區管理員的操作。組態王的網絡功能使小區監控現場與各個部門建立起聯系，在任何需要的時候把現場的信息實時的傳送到控制室，保證信息的暢通。

組態王能連接PLC、智能儀表、板卡、遠程數據采集裝置(RTU)等數百種外部設備，組態王通過驅動程序和這些工控設備相通訊。組態王軟件系統與最終用戶使用的具體的PLC或現場部件無關。對于不同的硬件設施，只需為組態王配置相應的通信驅動程序即可。

組態王同時保留了DDE(動態數據交換)通訊方式。組態王通過DDE(動態數據交換)和其他的應用程序之間交換數據。通過DDE，開發者可利用PC機豐富的軟件資源來擴充“組態王”的功能，比如用Excel從“組態王”的數據庫中讀取數據，對生產作業進行優化計算，然后組態王再從Excel中讀出結果來控制各個生產參數；可以利用VISUALBASIC開發服務程序，完成數據采集、報表打印、多媒體聲光報警等功能，從而很容易的組成一個完備的上位機管理系統；還可以和數據庫程序、人工智能程序、專家系統等進行通訊。

在智能小區的控制中，驅動軟件我們選用LNSDDEServer。

LNSDDEServer能完成LonWorks智能模塊和Windows應用程序間的數據交換，使得Windows應用程序可以作為一個DDE客戶程序來監控LonWorks網絡，即采集Lonworks網絡數據并發送一定的指令來改變LonWorks網絡的某些操作。在智能小區的控制中，下位機設備就是由基于LonWorks網絡的智能模塊構成，因此在上位機組態王就可以通過LNSDDEServer與下位機智能節點和其他Windows應用程序進行通訊。其具體配置步驟如下：

先在組態王的設備庫中選擇DDE，然后按“設備配置向導”的提示一步步完成即可。第一步選擇“DDE”；第二，“給安裝的DDE設備指定連接對象名”對話框中，輸入連接設備的邏輯名；第三步，“服務程序名”則是與“組態王50”交換數據的程序名，一般是I/O服務程序，或者是Windows應用程序：“話題名”則是指本程序和服務程序進行DDE連接的話題名(Topic)。“數據交換方式”一般選擇“標準的Windows數據交換”；最后單擊“完成”即可。組態王50將自動完成驅動程序的啟動和通信，不再需要用戶人工進行。

然后，在定義I/O變量時，在變量屬性的“連接設備”項中選擇使用上面定義的邏輯連接設備名，在“項目名”中輸入DDE會話的項目名即可。注意，只有I/O類型的變量才有這兩項。

這樣，定義好的變量就可以自動啟動LNSDDE與下位機的智能節點進行通訊。

上位機還可以利用VISUALBASIC開發服務程序，完成數據采集、報表打印、多媒體聲光報警等功能。在VISUALBASIC可視化編程工具中，DDE連接是通過控件的屬性和方法來實現的。對于作為“顧客”的文本框、標簽或圖片框，要設置LinkTopic、LinkItem、LinkMode三個屬性。如果組態王作為“顧客”想VB請求數據，需要定義變量時說明服務器程序的三個標識名，即：應用程序名設為VB可執行程序的名字，把話題名設為VB中窗體的LinkTopic屬性值，項目名設為VB控件的名字。

總之，兩種方式的數據采集都是通過驅動程序和下位機交換數據的。從而很容易的組成一個完備的上位機管理系統。

3.網絡功能

組態王5.0可運行在基于EtherNET網絡結構和TCP/IP網絡協議的網上，使用戶能夠實現上、下位機以及更高層次的廠級連網。

TCP/IP網絡協議提供了在不同硬件體系結構和操作系統的計算機組成的網絡上進行通信的能力。一臺PC機通過TCP/IP網絡協議可以和多個遠程計算機(即遠程節點)進行通訊。在“組態王”的網絡結構中，直接參與現場控制的PC機作為網絡服務器，其他站點作為網絡客戶機共享服務器中的數據。

用戶要實現“組態王”的網絡功能，必須滿足以下條件：(1)將“組態王”50安裝在網絡版Windows3x、Windows95或WindowsNT上，并啟動TCP/IP網絡協議，即利用“組態王”網絡功能的PC機必須首先是某個局域網上的站點并啟動該網。(2)客戶機和服務器必須安裝并同時運行“組態王”。

四、總結

利用LNS構架的智能小區演示系統，在上位機通過組態軟件如組態王以實現數據的實時采集與監控，便于智能小區的集中管理，且界面友好簡單，控制快捷可靠。下位機采用LON控制網絡，成本低，可擴充性。整個系統開發時間和費用小，集成簡單，且安全可靠，是智能小區控制可選的最佳控制方案之一。

參考文獻

1.陽憲惠主編的《現場總線技術及其應用》，清華大學出版社

2.北京亞控自動化軟件科技有限公司，《組態王5.0》

3.建筑電氣資訊20008《智能建筑設計標準》、《商住小區智能化綜合系統解決方案》