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1、 编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目基于LON现场总线技术安防系统设计与实现学生姓名学 号系 部专 业班 级指导老师顾问老师二一年七月摘 要平安技术防范系统在一些重要区域应用很多。随着社会和科技的飞速发展，新出现的各种犯罪手段对安防系统提出了很多新课题，而国内的安防系统一般仍采纳分布式限制体系结构。本文针对分布式体系结构存在的互换性和互操作性差等缺点，提出了一种基于现场总线技术的安防系统设计方案。本论文的主要探讨内容：1、介绍了平安技术防范系统的基本状况，指出了在平安技术防范系统中应用现场总线技术的重要性；2、对现场总线技术作了总体的阐述，介绍了现场总线技术的标准、发呈现状和发展趋势；3
2、、重点探讨了LonWorks现场总线技术，对LonWorks的技术核心：神经元芯片、LonTalk通信协议等进行了详尽的描述；4、提出了一种先进的面对功能的基于LonWorks现场总线技术体系结构的平安技术防范系统设计方案，包括系统总体和子系统的设计、智能节点硬件电路设计、智能节点与单片机8031的通信、信号采集和输出等应用软件设计；本论文的创新之处是在国内安防行业缺乏对LonWorks技术工程应用方法深化探讨的状况下，基于对LonWorks技术的探讨，从方案总体设计、硬件选型、应用程序编写等方面阐述了如何应用LonWorks现场总线技术进行实际工程项目的设计。采纳了先进的面对功能的设计思想，
3、以智能节点来实现对现场信息的实时监控，与分布式限制系统相比有很大的优越性。具有结构简洁、牢靠性高、互操作性好等优点，具有广泛的应用市场。关键词：平安技术防范；现场总线；LonWorks技术；智能节点。目 录目 录摘 要I第一章 绪论11.1课题背景11.2平安技术防范系统概述11.3现场总线技术的发展2现场总线技术的产生2现场总线的特点3现场总线的发展趋势4其次章 LONWORKS现场总线技术探讨52.1 LonWorks技术简介52.2 LonWorks技术的硬件组成52.3 LonWorks通信协议LonTalk92.4 本章小结13第三章 基于现场总线技术的平安技术防范系统总体设计143
4、.1设计原则143.2设计步骤143.3系统总体设计方案153.4工程应用设计173.5本章小结18第四章 智能节点硬件设计194.1智能节点总体功能194.2神经元芯片与8031的接口204.3神经元芯片与收发器接口设计214.4主处理器8031外围电路设计224.5信号采集及输出电路设计224.6适配器234.7本章小结24第五章 智能节点软件设计255.1系统软件介绍255.2智能节点应用程序设计255.2.1 NeuronC语言概述25智能节点程序设计265.3本章小结27第六章 总结与展望28致 谢29参考文献3031第一章 绪论第一章 绪论1.1课题背景在一些重要的区域，如机场、军
5、事基地、武器弹药库、监狱、银行金库、物馆、发电厂、油库等处，为了防止非法的入侵和各种破坏活动，传统的防措施是在这些区域的外围周界处设置一些(如铁栅栏、围墙、钢丝篱笆网等屏障或阻挡物，支配人员加强巡逻。在目前犯罪分子利用先进的科学技术，犯罪手段更加困难化、智能化的状况下，传统的防范手段己难以适应要害部门、重点单位平安保卫工作的须要。人力防范往往受时间、地域、人员素养和精力等因素的影响，亦难免出现漏洞和失误。因此，应用先进的平安技术防范系统就成为一种必要措施。当前随着社会和科技的飞速发展，新出现的各种犯罪手段对平安技术防范系统提出了很多新课题。同时，计算机技术和通信技术的发展也使平安技术防范系统的
6、内容有了新的意义。平安防范系统与计算机限制系统的发展有着紧密的联系。但是，目前国内一些监控系统大都采纳常规的计算机与通讯技术，即以单片机为核心的区域限制器以及以RS-232或485串行通讯总线为标准的系统链接，监控系统通过现场安装的传感器、限制器以及相应的变送器和执行机构对各种被监控对象进行自动检测和限制，这种系统虽然可以满意大多数用户的要求，但由于它的集成度低、规范性差，而且又无统一标准，所以，系统的牢靠性、修理性、互换性以及可扩充性均难以达到志向效果和规范要求。随着计算机限制系统理念的不断发展，传统限制方式的局限性和缺点越来为人们所相识，平安技术防范系统正逐步从以往依据分布式信息与限制理论
7、设计的集散型监控系统(DCS)发展为基于现场总线技术的监控系统(FCS)。本课题结合江苏省博物馆平安技术防范系统工程的设计、施工和调试，主要究了现场总线技术在平安防范系统中的应用。1.2平安技术防范系统概述现代化的建筑，须要设置多层次、立体化的安防系统厂。平安技术防范系统，一要能完成外部入侵爱护，防止无关人员入侵防卫区域；二要能实行区域保卫，遇入侵者，发出警报；三要能重点爱护特定目标，识别身份、辨别真伪；四要能对事务发生前后作记录，以便利用记录数据做进一步分析。平安技术防范系统的设计与实现，完全变更了过去人们在平安防范上的相识与要求(在过去为了增加平安，仅仅是在建筑设施和人员上作些支配，如：安
8、装防盗门或增加保安)，在管理上实现了平安、牢靠、立体化、全天候的平安防范。一般的平安技术防范系统从外向内大体可以分为：周界报警系统(红外对射、振动或玻璃破裂报警)、出入口限制系统(大门、关键入口等)、闭路电视监控系统 (监视与图像复核)、楼内入侵探测报警系统(移动探测、红外探测、声音检测等)、监听系统、对讲系统、手动报警等。1.3现场总线技术的发展依据国际电工委员会IECll58的定义，现场总线是“安装在生产过程区域的现场设备(仪表)与限制室内的自动限制装置(系统)之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”。现场总线技术的产生纵观限制系统的发展史，不难发觉，每一代新的限制系统推出都是针对老一
9、代限制系统存在的缺陷而给出的解决方案，最终在用户需求和市场竞争两大外因的推动下占据市场的主导地位，现场总线和现场总线限制系统的产生也不例外。限制系统的发展经验了从分散式到集中式，从模拟信号到数字信号的发展过程，大致可以概括为：基地式监控系统、模拟仪表监控系统、集中式数字监控系统、集散监控系统DCS、现场总线监控系统FCS。(1)基地式监控系统：早期的限制系统由于当时的生产规模较小，所采纳的仅仅是安装在生产设备现场、只具备简洁测控功能的基地式气动仪表，其信号仅在本仪表内起作用，一般不能传送给别的仪表或系统，即各测控点只能成为封闭状态，无法与外界沟通信息，操作人员只能通过生产现场的巡察，了解生产过
10、程的状况。(2)模拟仪表监控系统：生产现场各处的参数通过统一的模拟信号送往集中监控室，操作人员可以坐在监控室纵观生产流程各处的状况，可以把各单元仪表的信号按须要组合成困难的监控系统。模拟仪表监控系统于二十世纪六七十年头占主导地位，其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。(3)集中式数字监控系统：用一台计算机取代监控室的几乎全部仪表盘，把多个变送器、执行器通过一对一连线连接到一台中心监控主机上，对工业设备进行干脆数字监控。这就是“集中式”监控的概念，由于当时数字计算机的牢靠性还较差，一旦计算机出现某种故障，就会造成全部监控回路瘫痪、生产停产的严峻局面。集中式监控系统于二十世纪七八十年头占主导地位
11、，干脆数字监控带来了集中管理、限制、监视、报警和收集历史数据等优点，同时也伴随着布线费用高、不便于扩展、危急集中、牢靠性低等缺点。(4)集散监控系统DCS：二十世纪八九十年头，随着计算机牢靠性的提高，价格的大幅度下降，出现了数字调整器、可编程限制器PLC、以及由多个计算机递阶构成的集中分散相结合的集散监控系统。这就是今日正在被很多企业采纳的DCS系统。DCS系统中，测量变送、执行器一般由模拟仪表完成，它们与位于监控室、实现限制计算、监视的计算机一起共同构成监控系统，因而是一种其信号需在现场与监控室之间来回传递的模拟数字混合系统。这种系统在功能、性能上较模拟仪表、集中式数字监控系统有了很大进步，
12、可实现现场装置级、车间级的优化监控。但是，DCS系统存在互操作性差、接线困难、维护困难、牢靠性差等缺点。(5)现场总线监控系统FCS(FieldbuSControlSystem)：现场总线的出现促使传统监控系统结构发生变革，形成了新型的网络集成式全分布监控系统一FCS。它顺应了监控系统向分散化、网络化、智能化的发展方向。它用现场总线这一开放的，具有可互操作的网络将现场各限制器及仪表设备互连，构成现场总线限制系统，限制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。与传统的DCS监控系统比较，FCS具有牢靠性高、互换性、互操作性好、一对N结构、分散限制等优点。1.3.2现场总线的特点基于现场总线的
13、自动化监控及信息集成系统是当今及将来限制系统的主要模式，其主要特点有：(1)系统结构的高度分散性。现场总线构成了一种新的全分散型限制系统的体系结构，从根本上变更了现有DCS集中与分散相结合的集散限制系统体系，简化了系统结构，限制站功能分散到现场仪表中，通过现场仪表可构成限制回路，实现彻底的分散限制。提高了系统的牢靠性、自治性和敏捷性。(2)开放式、互操作性、互换性、可集成性。不同厂家产品只要运用统一总线标准、就具有互操作性、互换性，因此，设备具有很好的可集成性。用户把不同制造商的各种品牌的仪表集成在一起，进行统一组态，构成它所须要的限制回路，不必费尽心机，为集成不同品牌的产品而在硬件或软件上花
14、费劲气或增加额外投资。系统为开放式，允许其他厂家将自己专长的限制技术，如限制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，市场上将有很多面对行业的监控系统。(3)系统牢靠性高、可维护性好。基于现场总线的自动化监控系统采纳总线连接方式代替一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，削减了由接线点多造成的不行靠因素。同时，系统具有现场总线设备的再现故障诊断、报警、记录功能，可以完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增加了系统的可维护性。(4)降低了系统及工程成本。采纳一对N结构，一对传输线，N台仪表，双向传输多个信号。这种一对N结构也使得接线简洁、工程周期短、安装费用低、维护便利。假
15、如增加现场仪表或现场设备，只需并行挂到电缆上，无需架设新的电缆。对大范围、大规模I/O的分布式系统来说，省去了大量的电缆、工/0模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本。(5)对现场环境的适应性。作为网络底层的现场总线对现场环境有较强的适应性，是特地为现场环境设计的。它支持双绞线、同轴电缆、光缆、无线和电力线等，具有较强的抗干扰实力。1.3.3现场总线的发展趋势虽然现场总线的标准统一还有种种问题，但现场总线限制系统的发展却已经是一个不争的事实。随着现场总线思想的日益深化人心，以及基于现场总线的产品和应用的不断增多，现场总线限制系统体系结构日益清楚，具体发展趋势表现在以下几个方面。(1)FCS将会在肯定时期内成为主流限制系统。虽然在现阶段，FCS尚没有统一的国际标准，而DCS则以其成熟的发展、完备的功能及广泛的应用占据着主导地位，但任何新事物的发生发展都是在对旧事物的扬弃中进行的。FCS是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动限制系统的发展潮流，它必将替代DCS，这已是业内人士的共识。(2)现场总线限制系统向全面数字化、网络化
