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基于Lonworks現(xiàn)場總線和IC卡技術的智能停車場設計
  • 企業(yè):控制網(wǎng)     領域:儀器儀表     行業(yè):機械    
  • 點擊數(shù):1703     發(fā)布時間:2005-06-30 16:55:47
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本文主要介紹了基于Lonworks現(xiàn)場總線和IC卡技術組建智能停車場系統(tǒng),并作為樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)的一個子控制系統(tǒng),以完成停車場的相關數(shù)據(jù)采集、自動監(jiān)控、自動收費和防盜等功能。


1、引言
    隨著社會不斷發(fā)展,城市機動車輛迅速增加,傳統(tǒng)的人工管理的停車場已經(jīng)不能滿足使用者和管理者對停車場效率、安全、性能和管理上的需要,因此,智能化停車場已經(jīng)成為智能建筑技術中的研究熱點。現(xiàn)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(tǒng)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(fā)的停車場自動化管理系統(tǒng)廣泛采取的控制方式是集中式或集散式控制系統(tǒng)。在這類獨享式控制方案和中心控制系統(tǒng)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(zhí)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(tǒng)設計周期長,可靠性低,不易重構。新崛起的現(xiàn)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(xiàn)場總線控制技術的代表,本車庫系統(tǒng)將LonWorks技術與IC卡技術運用于停車場智能控制系統(tǒng)的設計,利用LON技術的對等通信(peer-to-peer),無中心控制,智能分散控制方式的優(yōu)點,使系統(tǒng)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現(xiàn)場總線技術
    LonWorks網(wǎng)絡也簡稱Lon網(wǎng)。它是局部操作網(wǎng)絡的簡寫,是由美國Echelon公司于1991年推出市場的,目前廣泛應用在工業(yè)、樓宇、家庭、能源等自動化領域,已成為當前最流行的現(xiàn)場總線之一。LonWorks現(xiàn)場總線主要具有以下技術特點:
    (1)Neuron芯片是LonWorks技術的核心元件,它內部帶有3個8位微處理器:一個用于鏈路層的控制;一個用于網(wǎng)絡層的控制;另一個用于執(zhí)行用戶的應用程序。該芯片還包括11個I/O口和完整的LonTalk通信協(xié)議。神經(jīng)元芯片具有通信和控制功能,一旦Neuron Chip接到LonWorks網(wǎng)絡,它的介質訪問CPU和網(wǎng)絡CPU就自動執(zhí)行網(wǎng)絡通信及控制工作,無須用戶專門進行網(wǎng)絡通信方面的開發(fā),大大方便了用戶聯(lián)網(wǎng)的工作。   
    (2)LonWorks的微處理器接口程序,即MlP軟件。用MIP軟件可以開發(fā)出各種低成本的網(wǎng)關,從而使各種網(wǎng)絡的互聯(lián)成為輕而易舉的事情。   
    (3)支持多種通信介質,如雙絞線、電力線、電源線、光纖、無線、紅外等,而且在同一網(wǎng)絡中可以有多種通信介質。 
    (4)LonTalk是LonWorks現(xiàn)場總線的通信協(xié)議,其最大特點是支持OSI7層網(wǎng)絡協(xié)議,提供一個固化在神經(jīng)元芯片內部或固化在外部程序存儲器的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。   
    (5)提供給使用者一個完整的開發(fā)平臺,這包含現(xiàn)場調試工具LonBuilder、協(xié)議分析、網(wǎng)絡開發(fā)語言Neuron C等。 
    (6)網(wǎng)絡通信采用面向對象的設計方法,采用網(wǎng)絡變量將網(wǎng)絡通信的設計簡化成參數(shù)設置,從而很容易實現(xiàn)網(wǎng)絡的互操作性。  
    (7)無行業(yè)限制,大多數(shù)的智能設備、儀表或系統(tǒng)都可以采用這一技術。  
    此外,LonTalk網(wǎng)絡協(xié)議是開放的,對任何用戶平等;LonWorks網(wǎng)絡結構可以是主從式、對等式或客戶/服務器式結構;網(wǎng)絡拓撲有星型、總線型、環(huán)型以及自由拓撲型;每個數(shù)據(jù)包的有效字節(jié)數(shù)可以從0~228字節(jié);當通信速率為1.25Mbps時,有效距離可達130m,當通信速率為78.125kbps時,有效距離可達2700m;一個測控網(wǎng)絡上的節(jié)點數(shù)可達32000個;提供LonBuildcr、Nodebuilder及LonManager等強有力的開發(fā)工具平臺;改善了CSMA,采用可預測P堅持CSMA,這樣,在網(wǎng)絡負載很重的情況下,不會導致網(wǎng)絡癱瘓;用電力線進行組網(wǎng)時,有著明顯的優(yōu)勢。LonWorks技術完全滿足了未來發(fā)展測控網(wǎng)絡的要求,即滿足了開放性、互操作性、多種通信介質、網(wǎng)絡結構及網(wǎng)絡拓撲方面的要求,是一種通用測控網(wǎng)絡技術;另外,Echelon公司允許將LonTalk協(xié)議移植到任何其它CPU上,這些都使得LonWorks現(xiàn)場具有廣闊的發(fā)展前景。
3、IC卡技術:
 3、1  IC卡的特點和優(yōu)點
    IC卡就是將集成電路芯片放于卡片中,封裝成卡的形式,稱為集成電路卡。其特點:
    (1)國際標準化(Standard):1987年,IS0(國際標準化組織)、IEC(國際電子技術委員會)針對接觸型IC卡制定了國際標準ISO/IEC7816-1,2,3,4,5,6。分別規(guī)定了卡的物理特性、觸點的尺寸和位置,規(guī)定了電信號和傳輸協(xié)議、交換用行業(yè)命令、標識符的編號系統(tǒng)和注冊過程及用于行業(yè)間交換的數(shù)據(jù)單元等內容。
    (2)靈巧智能化(Smart):IC卡的體積小(長、寬、高分別為85.6mm,54mm及0.08mm),存儲能量大,(現(xiàn)在已經(jīng)有2M位的IC卡問世),而且卡上存儲區(qū)可以分為幾個區(qū),設置不同級別的訪問權限,為信息處理及一卡多用提供了方便。IC卡的功能強大,尤其是與其他設備組合起來能提供非常豐富的功能,創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟和社會效益。
    (3)安全性(Security):IC卡系統(tǒng)有較強的加密性,首先體現(xiàn)在芯片的結構和讀取方式上,對于加密存儲器卡,存儲區(qū)的訪問受邏輯加密電路控制,只有密碼核對正確后才能進行讀寫操作。其密碼核對有次數(shù)限制,超過規(guī)定次數(shù)卡自動鎖死。尤其是CPU卡除了密碼控制外,還可利用內部CPU實現(xiàn)與系統(tǒng)的相互認證,進一步提高系統(tǒng)的加密性。
3、2   IC卡發(fā)展現(xiàn)狀及分類  
    按外型分類為接觸型卡和非接觸型卡。接觸型IC卡由讀寫設備的接頭與卡的觸點接觸進行讀寫。非接觸型卡CICC(Contactless Integrated Circuit Card)與讀寫設備無電接觸,而是通過電磁感應或無線電波的方式與外設通信。接觸型卡通常又可分為以下4類:
    (1)存儲器卡。含EEPROM及其控制電路,但無加密邏輯,缺乏安全保護,適用于不需要保密要求的地方,現(xiàn)最大容量可達64K字節(jié)。
    (2)邏輯加密卡。由加密邏輯電路和EEPROM組成,適用于需要保密,但保密要求不很高的場合。
    (3)CPU卡。智能卡(Smart Card)內不僅有EEPROM等存儲器,還帶有CPU及其操作系統(tǒng)和加密算法。它具有處理和存儲兩大功能,安全性能高。(4)超級智能卡。它不僅帶有微處理器和存儲器,而且還帶有液晶顯示屏和微型鍵盤。它可稱為繼超級計算機、主機、小型計算機、個人計算機和微型計算機之后的第6代計算機。
4、系統(tǒng)的構成
4、1本車庫自動控制系統(tǒng)由一臺IBM-PC機,一臺自動出票機,四只環(huán)路探測器(兩只在入口閘門機節(jié)點,一只裝在入口外側,檢測是否有車進場,一只裝在閘門機上,檢測橫杠下是否有車。另兩只裝在出口閘門機節(jié)點功能類同于入口閘門機),一臺入口閘門機,一臺出口閘門機,兩臺IC卡讀卡機,五個LON節(jié)點控制器,LonWorks NSS網(wǎng)卡和78K雙絞線組成。(圖1為Lon節(jié)點結構圖、圖2為系統(tǒng)網(wǎng)絡示意圖)


4、2節(jié)點與節(jié)點之間,節(jié)點與上位機之間是通過網(wǎng)絡變量形式傳送數(shù)據(jù)的。網(wǎng)絡變量可以與一個或多個其他節(jié)點的網(wǎng)絡變量互連。節(jié)點的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡變量進行共享,一個節(jié)點輸出的網(wǎng)絡變量更新,而與之相連的其他節(jié)點的輸入網(wǎng)絡變量也相應的更新。網(wǎng)絡變量的連接(binding)過程是通過網(wǎng)絡管理工具來完成的,這些工具可以是LonBuilder、LonManager軟件包中的LonMark,以及Echelon公司開發(fā)的客戶/服務器網(wǎng)絡構架―LNS.(圖3為系統(tǒng)網(wǎng)絡變量連接圖)


網(wǎng)絡變量連接圖的說明:
     入口閘門機的網(wǎng)絡變量noCarln與入口讀卡機的網(wǎng)絡變量niEable以及自動出票機的網(wǎng)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(wǎng)絡變量noCardNu輸出,noCardNu與自動出票機以及上位機的輸入網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(shù)目最小的車位分配給進場車輛,上位機的輸出網(wǎng)絡變量noCarPla將車位連接至自動出票機的輸入網(wǎng)絡變量niCarPla,以備自動出票機打印;上位機的輸出網(wǎng)絡變量noTime與入口讀卡機、自動出票機、出口讀卡機的輸入網(wǎng)絡變量niTime相連,提供時間;出口讀卡機的輸出網(wǎng)絡變量noCardNu與上位機的輸入網(wǎng)絡變量niCardNu相連,實現(xiàn)將IC卡卡號讀入上位機,上位機將根據(jù)卡號,在數(shù)據(jù)庫中定位到車輛入場時的信息,依據(jù)在場內停車的時間計算停車費用,并以將其輸出網(wǎng)絡變量noMoney與出口讀卡機輸入網(wǎng)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(wǎng)絡變量noOpen與出口閘門機的輸入網(wǎng)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(fā)現(xiàn)停車場中車位已滿時,會將輸出網(wǎng)絡變量niOpen連接至入口閘門機的輸入網(wǎng)絡變量niFull,顯示屏將顯示FULL信息、。
5、 結束語
    將LonWorks技術運用到樓宇自動化停車場的設計中,實現(xiàn)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(xiàn)象,使停車場的管理更趨標準化,現(xiàn)代化。

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