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(多图) 基于LonWorks网络的智能住宅家庭控制装置的设计

菏泽学院 侯建华?? 2009年09月21日 ?? 收藏0

  1 装置硬件设计

  1.1 硬件功能规划

  智能化住宅家庭控制装置所实现的功能包括:对住宅居室环境(温度、湿度)进行监控;对住户三表(水表、煤气表、电表)实现远传计费;对住户实现三防(防火、防煤气泄漏、防盗);对厨房设备实现时序控制;对卫生间实现自动排风控制。其中每个装置均可作为一个智能节点,多个节点构成了智能小区管理网络系统 (即LonWorks网络),在小区中心设置服务器可实现对整个网络的管理。此外,家用电脑可与家庭控制装置通信,实现对室内设备的管理。

  1.2 硬件总体设计方案

  依据对装置功能的上述规划,可将装置分为两部分设计,即Lon控制模块设计和采集模块设计。控制装置以Lon控制模块为核心,通过对采集电路所采集的各种信号加以作用,完成装置的各种功能。其中Lon控制模块包括神经元(neuron) 芯片、存储器、晶振、收发器等;采集模块包括I/O接口电路、光电隔离保护电路、驱动电路、缓冲电路、保持电路、锁存电路以及A/D转换电路等;二部分之间通过一个18针双列直插式板边连接器和一个6针单列直插式板边连接器相连,符合模块化设计,便于安装与调试。该硬件装置原理图如图1所示。

硬件装置原理图

  1.3 Lon控制模块设计

  在该模块的设计中,涉及到神经元芯片的选择、存储器的分配、通信端口的配置问题,分别介绍如下。

  1.3.1 神经元芯片选择

  神经元芯片包括Neuron3120xx和Neuron3150,这两种芯片在功能上大体相同,只是3120芯片内含有2k存储器,多用于功能较少而不需要扩展存储器的硬件构造中;而Neuron3150芯片内部具有0.5k EEPROM、2k RAM存储器,可外扩存储器来存储信息,可以用来开发更为复杂的应用系统。本文选用Neuron3150芯片作为开发装置的核心器件。

  1.3.2 通信端口配置

  Neuron3150芯片的通信口可与多种传输媒介接口(即网络收发器)相连接,以实现较宽范围的传输速率。同时,各种不同类型的网络收发器的配置,也为选择不同通信媒介提供了条件。本设计中的家庭控制装置采用FTT-10型收发器配置,利用双绞线实现与家用电脑以及整个小区管理网络的信息传递。FTT- 10型收发器采用变压器隔离,可以实现高隔离、高抗扰,其传输距离可达2700米、传输速率达78 kb/s,可满足装置与上位机信息传递的要求。Neuron3150芯片的通信端口可以配置成三种工作方式:单端工作方式、差分工作方式、专用工作方式。不同工作方式所对应的引脚定义不同,如表1所示。

不同工作方式所对应的引脚定义不同

  本装置中Neuron3 1 50芯片的通信端口采用单端工作方式配置,与FTT-10收发器的配置如图2所示,其中FTT-10的CLK端与3150的CLK2相连,以保证二者的时序一致。

FTT-10收发器的配置

  1.3.3 存储器分配及电路设计

  由于Neuron3150芯片内部的存储器不能满足存储要求,因此在 Lon控制模块设计中,采用外接32k闪存和24kSRAM作为外存,其中16kB(寻址范围0X0000-0X3FFF)闪存用来保存 Neuron3150芯片固件,另16kB闪存(0X4000-0X7FFF)用来存储各种配置以及应用信息。24k SRAM主要用于存储应用数据以及网络数据包的缓存。存储器分配图如图3所示:

存储器分配图

  在电路设计中,利用3150芯片的A15端口来实现对32k闪存的片选 (低电平有效),利用3150芯片的A14、A13进行与非运算所得结果,与A15再进行与非运算来驱动SRAM的片选(低电平有效)。具体电路设计如图4所示。

具体电路设计

  1.4 采集电路设计

  依据装置要实现的功能,采集电路规划为数字输入12路、数字输出12路、模拟输入 4路:Neuron3150芯片I/07至I/0010管脚用来接收室内温湿度值,配置成4路模拟电路;I/O-O至I/O-6管脚和利用地址总线扩展出的3路I/O口共同形成24路数字信号。

  1.4.1 模拟输入电路设计

  模拟输入电路为检测居室环境(温度、湿度)设计,该电路如图5所示。

模拟输入电路


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LonWorks? 智能住宅? 神经元芯片? Neuron3150?

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