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基于Lonworks現場總線和IC卡技術的智能停車場設計
  • 企業(yè):控制網     領域:儀器儀表     行業(yè):機械    
  • 點擊數:2048     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據采集、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,智能化停車場已經成為智能建筑技術中的研究熱點。現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現場總線技術
    LonWorks網絡也簡稱Lon網。它是局部操作網絡的簡寫,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場總線之一。LonWorks現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。神經元芯片具有通信和控制功能,一旦Neuron Chip接到LonWorks網絡,它的介質訪問CPU和網絡CPU就自動執(zhí)行網絡通信及控制工作,無須用戶專門進行網絡通信方面的開發(fā),大大方便了用戶聯網的工作。   
    (2)LonWorks的微處理器接口程序,即MlP軟件。用MIP軟件可以開發(fā)出各種低成本的網關,從而使各種網絡的互聯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,而且在同一網絡中可以有多種通信介質。 
    (4)LonTalk是LonWorks現場總線的通信協(xié)議,其最大特點是支持OSI7層網絡協(xié)議,提供一個固化在神經元芯片內部或固化在外部程序存儲器的網絡操作系統(tǒng)。   
    (5)提供給使用者一個完整的開發(fā)平臺,這包含現場調試工具LonBuilder、協(xié)議分析、網絡開發(fā)語言Neuron C等。 
    (6)網絡通信采用面向對象的設計方法,采用網絡變量將網絡通信的設計簡化成參數設置,從而很容易實現網絡的互操作性。  
    (7)無行業(yè)限制,大多數的智能設備、儀表或系統(tǒng)都可以采用這一技術。  
    此外,LonTalk網絡協(xié)議是開放的,對任何用戶平等;LonWorks網絡結構可以是主從式、對等式或客戶/服務器式結構;網絡拓撲有星型、總線型、環(huán)型以及自由拓撲型;每個數據包的有效字節(jié)數可以從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;一個測控網絡上的節(jié)點數可達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,在網絡負載很重的情況下,不會導致網絡癱瘓;用電力線進行組網時,有著明顯的優(yōu)勢。LonWorks技術完全滿足了未來發(fā)展測控網絡的要求,即滿足了開放性、互操作性、多種通信介質、網絡結構及網絡拓撲方面的要求,是一種通用測控網絡技術;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)間交換的數據單元等內容。
    (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,(現在已經有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。其密碼核對有次數限制,超過規(guī)定次數卡自動鎖死。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絡變量形式傳送數據的。網絡變量可以與一個或多個其他節(jié)點的網絡變量互連。節(jié)點的數據通過網絡變量進行共享,一個節(jié)點輸出的網絡變量更新,而與之相連的其他節(jié)點的輸入網絡變量也相應的更新。網絡變量的連接(binding)過程是通過網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/服務器網絡構架―LNS.(圖3為系統(tǒng)網絡變量連接圖)


網絡變量連接圖的說明:
     入口閘門機的網絡變量noCarln與入口讀卡機的網絡變量niEable以及自動出票機的網絡變量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卡卡號作為網絡變量noCardNu輸出,noCardNu與自動出票機以及上位機的輸入網絡變量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,并將數目最小的車位分配給進場車輛,上位機的輸出網絡變量noCarPla將車位連接至自動出票機的輸入網絡變量niCarPla,以備自動出票機打印;上位機的輸出網絡變量noTime與入口讀卡機、自動出票機、出口讀卡機的輸入網絡變量niTime相連,提供時間;出口讀卡機的輸出網絡變量noCardNu與上位機的輸入網絡變量niCardNu相連,實現將IC卡卡號讀入上位機,上位機將根據卡號,在數據庫中定位到車輛入場時的信息,依據在場內停車的時間計算停車費用,并以將其輸出網絡變量noMoney與出口讀卡機輸入網絡變量niMoney相連的方法將余額寫回IC卡中。出口讀卡機的輸出網絡變量noOpen與出口閘門機的輸入網絡變量niOpen相連,啟動出口閘門機,允許車輛出場。另外,當上位機發(fā)現停車場中車位已滿時,會將輸出網絡變量niOpen連接至入口閘門機的輸入網絡變量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象,使停車場的管理更趨標準化,現代化。

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