基于LON总线技术的自动抄表系统抄表模块的研究与设计
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摘要
现场总线是应用于生产现场，在智能测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通讯的新型数据总线，也被称为开放式、数字式、多点通讯的底层控制网络。其从根本上提高了测控与通讯的精度和抗干扰性能，增强了系统的可靠性和适应性。作为新一代的控制系统，现场总线控制系统在系统结构和通讯机制等方面完全突破了传统控制系统的理念模式，并融入了先进的网络通讯技术，完全符合了当今工业控制系统分散化、网络化、智能化的发展趋势，被公认为是接替DCS的下一代控制技术。因此，在我国自动化领域内研究现场总线技术，并展开其相关产品的研制工作具有相当重要的意义。
本文在研究LON总线的技术特点、协议规范、智能通信的基础上，提出了基于Lonworks技术的自动抄表系统的抄表模块的设计方案、LON总线网络管理和相应监控管理软件的设计方案，以自动抄表系统的抄表模块为设计对象，提出了抄表系统的整体设计方案，主要实现其中抄表模块硬件电路设计和通信软件设计功能及监控系统设计，同时部分实现LON网络管理功能。
本文首先介绍了现场总线特别是LON总线的技术特点、自动抄表系统、课题提出的背景及作者的主要工作等内容，简要介绍现场总线控制系统、发展现状、先进的技术特点，对LONTALK协议主要技术特点加以阐述，介绍LON总线的通信技术的主要的技术特征，介绍了自动抄表系统的基本构成极其性能特点。特别介绍LON总线的技术特点，同时介绍作者所做的研究和主要工作。
详细地给出了基于LonWorks技术的以抄表模块为对象的智能节点的各功能电路的设计方法，给出具体的硬件实现；在硬件设计的基础上，给出了采集模块的Neuron C应用软件、单片机程序的设计及低层硬件驱动程序设计。同时提出了基于多线程技术的多机系统通信方法，给出具体实现。同时依照作者的实践，提出了进行抄表系统研究与设计进一步工作。
在实现电表采集器模块设计的基础之上，充分利用LON的开发工具，进行采集器节点实时数据监控的实现和网络管理的初步探讨，论文详细地阐述了基于LON总线网络的监控系统设计方法，在研究LNS技术之上，提出基于ActiveX技术的LON监控系统的设计方案及具体实施步骤。同时提出基于LON总线技术抄表系统设计，较为全面地给出系统的设计、智能抄表系统具体设计方案。
最后对全文进行了总结，并总结了项目所取的技术成果及工程经验。
Field-bus is a new type of data bus, which can communicate between many intelligent measuring and controlling devices in a serial double multi-node digital way, also known as basic controlling network for opening, digital and multi-node communicating. Field-bus promotes the precision and anti-jamming ability of measuring and communicating, strengthens dependability and adaptability of system. Field-bus is a new generation of automatic controlling system and is different to traditional model of controlling system from system structure and communication mechanism, what's more, it can solve the problems traditional controlling system left easily because of including the advanced technology of network and communication. Field-bus is well known as a next generation of controlling technology taking the place of DCS, because it accords with latest industrial controlling system's developing trends:distributing, networking and intelligent. So it is quite important to research the filed-bus technology in automatic fie
ld and design the products.
Based on LON field-bus's technology characteristic, criterion of protocol and intelligent communication, this paper gives a Reading Meter Module designed project based on automatic meter reading(AMR) system, which depend on LonWorks technology, and designed project of LON bus networking administrating and software of related watching and administrating. This paper's designing object is automatic reading meter system's reading meter collection device, and raise whole designed project of reading meter system, on the other hand, achieve hardware circuit design of collecting device, software design of communication and system design of watching and administrating.
Firstly,the paper's mainly introduce the characteristics of filed-bus, especially LON bus's technical characteristics, and automatic reading meter system, the background of task raising, author's main work, also give a simple introduction about difference about field-bus control system and classic control system, the developing situation, advanced technology characteristics. The author raises his expectation of field-bus development in these chapters, especially introduces LON bus's characteristics and main working related achievement. At the same time,the paper introduces the structure and main technical characteristics of AMP system.
The author givess every functional circuit's designing method of intelligent nodes used reading meter collection model as object in detail, the author gives a detailed hardware designing project of collection device, based on which the author expounds designing project of intelligent nodes' applying software Neuron C and singlechip program. At the same time the author gives multi-computer communication's method of multi-thread technology, detailed protocol criterion and an example, meanwhile propose the further step's reaching and designing of reading meter system according to his experiences.
Using many tools of LON, the author expounds several designing methods of watching and controlling system based on LON bus network., and gives designing project of LON watching and controlling system and processes of implementation based on ActiveX technology after reaching LNS technology. At the same time,the
paper gives the design of AMR system based on LON bus technology.It gives the designing of system, detailed designing project of intelligent AMR system and corresponding conclusion.
At the last part of the paper, it contains all technical achievements and engineering experiences of the project.
本文在研究LON总线的技术特点、协议规范、智能通信的基础上，提出了基于Lonworks技术的自动抄表系统的抄表模块的设计方案、LON总线网络管理和相应监控管理软件的设计方案，以自动抄表系统的抄表模块为设计对象，提出了抄表系统的整体设计方案，主要实现其中抄表模块硬件电路设计和通信软件设计功能及监控系统设计，同时部分实现LON网络管理功能。
本文首先介绍了现场总线特别是LON总线的技术特点、自动抄表系统、课题提出的背景及作者的主要工作等内容，简要介绍现场总线控制系统、发展现状、先进的技术特点，对LONTALK协议主要技术特点加以阐述，介绍LON总线的通信技术的主要的技术特征，介绍了自动抄表系统的基本构成极其性能特点。特别介绍LON总线的技术特点，同时介绍作者所做的研究和主要工作。
详细地给出了基于LonWorks技术的以抄表模块为对象的智能节点的各功能电路的设计方法，给出具体的硬件实现；在硬件设计的基础上，给出了采集模块的Neuron C应用软件、单片机程序的设计及低层硬件驱动程序设计。同时提出了基于多线程技术的多机系统通信方法，给出具体实现。同时依照作者的实践，提出了进行抄表系统研究与设计进一步工作。
在实现电表采集器模块设计的基础之上，充分利用LON的开发工具，进行采集器节点实时数据监控的实现和网络管理的初步探讨，论文详细地阐述了基于LON总线网络的监控系统设计方法，在研究LNS技术之上，提出基于ActiveX技术的LON监控系统的设计方案及具体实施步骤。同时提出基于LON总线技术抄表系统设计，较为全面地给出系统的设计、智能抄表系统具体设计方案。
最后对全文进行了总结，并总结了项目所取的技术成果及工程经验。
Field-bus is a new type of data bus, which can communicate between many intelligent measuring and controlling devices in a serial double multi-node digital way, also known as basic controlling network for opening, digital and multi-node communicating. Field-bus promotes the precision and anti-jamming ability of measuring and communicating, strengthens dependability and adaptability of system. Field-bus is a new generation of automatic controlling system and is different to traditional model of controlling system from system structure and communication mechanism, what's more, it can solve the problems traditional controlling system left easily because of including the advanced technology of network and communication. Field-bus is well known as a next generation of controlling technology taking the place of DCS, because it accords with latest industrial controlling system's developing trends:distributing, networking and intelligent. So it is quite important to research the filed-bus technology in automatic fie
ld and design the products.
Based on LON field-bus's technology characteristic, criterion of protocol and intelligent communication, this paper gives a Reading Meter Module designed project based on automatic meter reading(AMR) system, which depend on LonWorks technology, and designed project of LON bus networking administrating and software of related watching and administrating. This paper's designing object is automatic reading meter system's reading meter collection device, and raise whole designed project of reading meter system, on the other hand, achieve hardware circuit design of collecting device, software design of communication and system design of watching and administrating.
Firstly,the paper's mainly introduce the characteristics of filed-bus, especially LON bus's technical characteristics, and automatic reading meter system, the background of task raising, author's main work, also give a simple introduction about difference about field-bus control system and classic control system, the developing situation, advanced technology characteristics. The author raises his expectation of field-bus development in these chapters, especially introduces LON bus's characteristics and main working related achievement. At the same time,the paper introduces the structure and main technical characteristics of AMP system.
The author givess every functional circuit's designing method of intelligent nodes used reading meter collection model as object in detail, the author gives a detailed hardware designing project of collection device, based on which the author expounds designing project of intelligent nodes' applying software Neuron C and singlechip program. At the same time the author gives multi-computer communication's method of multi-thread technology, detailed protocol criterion and an example, meanwhile propose the further step's reaching and designing of reading meter system according to his experiences.
Using many tools of LON, the author expounds several designing methods of watching and controlling system based on LON bus network., and gives designing project of LON watching and controlling system and processes of implementation based on ActiveX technology after reaching LNS technology. At the same time,the
paper gives the design of AMR system based on LON bus technology.It gives the designing of system, detailed designing project of intelligent AMR system and corresponding conclusion.
At the last part of the paper, it contains all technical achievements and engineering experiences of the project.
引文
[1]阳宪惠主编．现场总线技术及其应用，清华大学出版社，1999，1-2，4-9，189-237
[2]扬育红，涂敏，李滨．LON网络程序设计，西安电子科技大学出版社，2001，1，58-88
[3]2001年LonWorks技术文献．Echelon公司北京办事处，2001(2)，1-3，5，22-25，31
[4]Echelon Co.Introduction to the Lonworks System. Echelon Corporation. Version 1.0,2001,1-23,46-47,101-145,145-176
[5]扬育红编著．LON网络控制技术及应用，西安电子科技大学出版社．1999，1-2，33-58，69-77，166-240，251-295
[6]凌志浩编著．从神经元芯片到控制网络．北京航空航天大学出版社，2002，1-5，103-105，126-171，182-189
[7]中国电力科学研究院通讯所．自动抄表系统的原理及其应用，农村电气化，2001(9)，31-34
[8]钟霖田．DCS的现状与发展趋势．自动化与仪器仪表．1994(3)，1-8
[9]张荣跃，刘林章．几种典型的现场总线及特点．太原科技，2001(3)，14-17
[10]斯可克，马竹梧，李喜钢．现场总线-国际上自动化的新热点．测控技术，1994(4)，3-7
[11]周羽生，竺伟，周有庆．基于Lon Works技术的变电站综合自动系统的通信技术．电力系统及其自动化学报，2002(4)，23-25
[12]胡荣贵，赵卫，王世明等．基于电力线载波技术的居民小区自动抄表系统．计算机工程，2001(4)，31-34
[13]李龙星，刘庆伟．一个自动抄表系统的设计与实现．计算机应用，2001(8)，26-29
[14]徐德军，蔡键龙，龚建荣．用单片机实现远程自动抄表．计算机应用，2001(5)，33-35
[15]束保华，温阳东．基于LON网络Host-based节点的CIMS系统的应用．合肥工业大学学报(自然科学版)，2000(5)，30-33
[16]Echelon Co,FT 3120/FT 3150 Smart Transeceiver Data Book. Echelon Corporation Version 3.1
[17]洪利．CY7C53120神经元芯片及其应用，国外电子元器件，2002(2)，12-16
[18]刘桂君．LON神经元芯片MC143150与高档16位单片机MC68HC16Z1接口技术，测控技术，1998(1)，24-27
[19]颜廷勇，邵如平，林锦国，刘定球．基于LON总线技术的智能节点研究与开发，淮阴工学院学报，2002，5，52～55
[20]Echelon Co.Neuron C Programmer's Guide.Echelon Corporation,Version 3.1,23-80,101-140,234-270
[21]Echelon Co.Node Builder USER's Guide.Echelon Corporation, Version 3.1,1-56,123-220
[22]王幸之等．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2000，241-256
[23]黄天戍，向继东，杨显娇，孙夫雄．LonWorks串口适配器的设计与实现．计算机应用，2002(7)，30-33
[24]李正明，王国余，周新云．基于LonWorks现场总线的电能监测智能节点设计，继电器，2001(10)，40-43
[25]扬心强，邵军力编著．数据通信与计算机网络．电子工业出版社，1999，32-34，45-92，97-172
[26]颜廷勇，林锦国，陶玲．一种计算机与多单片机系统串行通信新方法．中国首届嵌入式与单片机技术应用研讨会会刊，2002(10)16～19
[27]颜廷勇，林锦国，陶玲．多线程技术实现计算机与196单片机系统多机通信，计算机工程，2003(12)
[28]陈汝全等．单片机实用技术．北京：电子工业出版社，1992，213-220
[29]李华，孙小民，李红青，徐平，张新宇．MCS-51系列单片机实用接口技术，北京航空航天大学出版社，2000，75-76
[30]薛栋梁著．MCS51／151／251单片机原理与应用．中国水利水电出版社，2001，234-240
[31]腾至阳．现代操作系统教程，东南大学计算机科学与工程系教材，1997．100-108
[32]清源计算机工作室．Visual Basic6.0开发宝典．机械工业出版社，1999，167-190
[33]Marshall Brain,Lance Lovette. Developing Professional Applications in Windows95 and NT using MFC，机械工业出版社，556-560
[34]范绍兴，韩江洪．NEURON C语言与事件驱动编程．工业控制计算机，1999(3)，17-20
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[36]LNS体系结构概述．Echelon公司北京办事处，2001(2)，3-5，12-21，31-56
[37]Echelon Co.LNS Plug-In Programmer's Guide.Echelon Corporation,Version 3.1,78-90,133-146
[38]Echelon Co.LNS DDE Programmer's Guide. Echelon Corporation, Version 3.1,5,12-56,112-118
[39]高晓飞，黄宏伟．浅谈LNSDDE服务器在监控LON-WORKS网络中的使用，林业勘查设计，2002(2)，34-36
[40]黄天戍，汤滢，陈健．DDE技术在LON总线中的应用，电子技术，2001(10)，12-15
[41]王忠民，蒋平．基于LNS的LonWorks组网与监控软件开发，测控技术，2002(21)，37-39
[42]卫立新，邢建春，王平．基于软组件技术的LonWorks现场总线网络管理软件研究．工业控制计算机，1999(2)，34-37
[43]刘定球，林锦国，颜廷勇．全数字化楼宇自动化实验室的建设与探索．城市建筑智能系统．2003(1)，70-73
[44]何小明，李孝文．Neuron 3150的并行I／O接口对象及其应用．测控技术．2000(6)，50-52
[45]Echelon Co.Neuron C Reference Guide.Echelon Corporation,2001
[46]赵家贵，文波．EIA RS-232-C／RS-485信号LonWorks节点．北京科技大学学报．1999(6)，
[47]范纠兴，韩江洪．Neuron C语言与事件驱动编程．工业控制计算机．1999(3)，6-9
[48]Echelon Co.Neuron Chip DataBook.Echelon Corporation,1995
[49]扬育红．LON节点即装儿即用．测控技术，1999(7)，37-39
[50]扬育红．实现LON网络消息的显式寻址．微计算机信息，2000(1)，14-15
[51]凌志浩．基于智能分布的控制网络及其应用．微型电脑应用，1997(5)，18-22
[52]鄂立福等．LONWORKS网络技术与现场总线．测控技术，1996(5)，15-18
[53]张大波，王光兴．现场总线的底层技术．东北大学学报，1996(5)
[54]罗安．现场总线技术．测控技术，1996(1)，19-23
[55]赵君．现场总线技术进展．哈尔滨理工大学学报，2002(3)，57-61
[56]李正明，杨继昌．LonWorks现场总线测控系统的本质安全设计．中国安全科学学报，2001(5)，17-21
[57]汤同奎等．LonWorks现场总线的本安技术．自动化仪表，2001(1)，8-11
[58]潘军．LonWorks网络型单片机及其网络元件．微计算机信息．1996(5)，54-55
[59]李万周，潘军．LonWorks网络的新技术．测控技术，1996(5)，67-70
[60]王干一，吴春诚．现场总线的发展与争论．开封大学学报，2001(3)，72-75
[61]周鹏，王志勇，孟洪兵．现场总线仪表的干扰分析与抑制．塔里木农垦大学学报，2002(1)，36-38
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