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KNX/EIB总线设备的开发和BCU通信内核的研究

KNX/EIB总线设备的开发和BCU通信内核的研究

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作者：姚帅浙江大学

学位级别：硕士

曾经是豪华住宅标志之一的家庭楼宇自动化系统，正在日益走进普通人的生活。正如被称为“日本咨询之父”的大前研一在《无形的大陆》一书中所指出的那样，21世纪是由消费者主导的世界，技术的发展往往来源于顾客消费需求的推动。在家庭... 详细信息

曾经是豪华住宅标志之一的家庭楼宇自动化系统，正在日益走进普通人的生活。正如被称为“日本咨询之父”的大前研一在《无形的大陆》一书中所指出的那样，21世纪是由消费者主导的世界，技术的发展往往来源于顾客消费需求的推动。在家庭楼宇自动化领域，共存的多种标准和层出不穷的产品，正是用户需求不断得到满足的写照。家庭楼宇自动化领域的趋势是实现“唯一标准”。由于EIB协议本身出色的表现和对于其他协议优点的广泛吸收(采纳了Batibus和EHS有关通信介质的规定，并在配置模式方面增加了新的功能)，KNX／EIB协议无论在技术上还是应用理念上都代表了这个领域的发展方向。KNX协议是家庭和楼宇控制领域世界上第一个开放的、独立于技术平台的标准，作为家庭和楼宇电子系统(hbes)的欧洲标准(CENELEC EN 50090和CEN EN 13321-1)，KNX协议及其所有通信介质(TP、PL、RF和IR)在2006年11月被批准为国际标准ISO／IEC 14543-3-X。KNX技术是世界上唯一被批准的面向家庭与楼宇自动化的国际标准。由于KNX／EIB协议的优异表现，国家标准化委员会于2005年11月，以KNX／EIB协议为基础起草制订国家推荐标准——hbes(Home and Building Electronic·Systems，居住区及建筑电气系统)控制网络系统，2006年11月4日已递交送审稿。以hbes控制网络系统作为中国楼宇家庭自动化领域的国家推荐标准，必将极大地促进我国楼宇家庭自动化的技术进步。当前国外的研究主要集中在以下几个方向：●基于无线射频(RF)和红外线(IR)的KNX／EIB系统解决方案。●开源平台Linux下的KNX／EIB通信内核的开发与研究。●开发嵌入式网关，实现以太网与KNX／EIB总线的通信，通过以太网对家庭自动化系统进行远程监控和系统管理。●基于不同单片机平台开发BCU内核(带有KNX／EIB协议程序)，打破现在西门子对BCU内核的垄断地位。目前国内对于KNX／EIB的研究，主要集中在KNX／EIB设备的系统安装和集成，真正进行研究开发的并不多。浙江大学工业控制研究所一直在进行KNX／EIB典型设备的开发，已经成功开发出了多种KNX／EIB总线设备。目前正在进行BCU内核芯片(包括系统程序)与嵌入式网关的研究与开发。本文的主要研究内容及创新点包括下面几个方面：1．对以KNX／EIB协议为基础的国家推荐标准hbes控制网络进行了综述，详细分析了系统架构、通信模型的各层协议、应用与管理，对KNX／EIB协议中关键的组地址通信机制、应用等很多方面提出了自己的见解。2．使用西门子公司提供的BCU芯片ZC441016CFN，完成在EIB总线系统中用量最大的开关传感器模块的软硬件开发工作，包括AM硬件电路设计、BCU与AM连接电路、自定义的PEI接口、应用程序编写和下载等。在调试系统中，开关传感器模块与其它公司生产的执行器设备配合良好，达到设计要求。3．给出了调光传感器模块的标准PEI类型的设计方案，从硬件上对开关和调光两种功能进行了区分，简化了应用程序的编写;利用系统程序定义的标准PEI接口类型，省去在用户程序中进行配置的麻烦，节省程序空间。基于丰富的设计开发经验，总结出一套系统故障解决的流程。4．在上述开发经验的基础上，基于对KNX／EIB协议的全面理解，对BCU内核-通信控制芯片进行深入研究，分析其硬件结构和软件架构，以及各部分的功能。在此基础上，根据BCU内核的功能需求，对其进行自主研发，利用ATmel公司提供的单片机T83C5122和西门子公司提供的总线收发芯片TP-UART-IC，设计了BCU模块的软件架构和硬件连接电路。5．提出了一种基于公共SMS服务器和嵌入式以太网网关的远程监控方案，收发短信的协议由公共SMS服务器实现，对开发者是透明的。公共SMS服务器与移动网络之间的通信由移动运营商负责，因而具有升级容易，兼容性好的优势。本设计克服了一般使用固定电话或者短信进行远程控制时成本偏高、复杂度高、兼容性差、升级困难等缺点。

关键词：家庭/楼宇自动化 KNX/EIB hbes控制网络系统 BCU内核-通信控制芯片远程控制

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