摘要：针对目前中、小型立体仓库自动化程度低、环境监测系统不够完善的现状，阐述了Lonworks总线技术的优越性，提出了基于Lonworks总线技术中、小型自动化立体仓库环境监测系统的设计方案，并根据数据采集节点输入信号类型分别给出节点的数据采集流程图和软件设计。基于Lonworks总线技术的环境监测系统具有稳定、可靠、可扩展等特点，可推广应用于相关领域。
关键词：Lonworks总线；自动化仓库；环境监测；数据采集
中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1002-3100(2007)04-0114-03
Abstract: The actuality is that the small and middle-sized automated stereo warehouse is still on low automated level, and the environmental monitoring system is imperfect. Aiming at that, this paper designs a plan of environmental monitoring system based on Lonworks Fieldbus technology that is applied to the small and middle-sized automated stereo warehouse, and the advantage of Lonworks Fieldbus technology is also described. Meanwhile, the data acquisition flowchart and software program is given according to the input signal types of data acquisition joint. The result demonstrates that the environmental monitoring system based on Lonworks Fieldbus technology is stable, reliable and expansible, which can be widly used in the related field.
Key words: Lonworks Fieldbus; automated warehouse; environmental monitoring system; data acquisition
目前，自动化立体仓库系统已经成为现代物流工程的重要组成部分，它不仅改变了传统仓储行业劳动密集生产效率低的状况，还极大地拓展了仓库的功能。随着自动化立体仓库规模的扩大和存取速度的加快，管理人员更需要随时掌握仓库内仓储数量质量信息、仓库温湿度等环境信息、输送设备的运行状况。但目前的一些中、小型立体仓库自动化程度低，环境监测系统采用的技术比较落后，其数据采集主要采用人工观测，已不能满足对仓库环境监测信息实时性和精确性的要求，在一定程度上制约了仓库的发展。为此，本文对基于Lonworks总线技术的自动化仓库环境监测系统的设计进行了探讨。
1Lonworks总线技术
现场总线是应用在生产现场和微机化测量控制设备之间实现双向串行多结点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们都具有了数字计算和数字通讯能力。采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，多个测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。简单地说，它把单个分散的测量设备变成网络系统与控制系统。现场总线技术具有以下鲜明的特点：开放式控制网络、分布式智能和强大的网络功能。
目前国际上有几种现场总线技术已逐渐形成其影响，并在一些特定的应用领域显示了自己的优势。它们分别为基金会现场总线（Foundation Field bus, FF）、美国Echelon公司的Lonworks现场总线、CAN（Control Area Networks）总线和HART（Highway Addressable Remote Transducer）总线等。
Lonworks总线技术是目前国际上控制领域中最为流行的现场总线技术之一，它具有很强的开放性、灵活性、兼容性、可靠性和互操作性，以其支持OSI/RM七层模型、支持多种通信媒介及易于实现等诸多优点，应用极为广泛。Lonworks总线技术具有以下特点：
（1）网络拓扑结构灵活多变。可以使用总线、星型、环型、混合型等多种网络拓扑结构，可根据信息采集点的布局结构采用不同的连接方式，可以最大限度地降低布线的复杂性和工作量，提高系统的可靠性和可维护性。
（2）Lonworks支持双绞线、电力线、光纤、无线、红外等多种通信介质。
（3）Lonworks网络是对等网络，其任一节点的故障不会造成系统瘫痪，一个信息采集节点的损坏和关闭不影响其他信息采集节点的运行。
（4）Lonworks网络节点之间使用逻辑连接，很容易添加和修改节点，便于系统调整和扩充升级。Neuron芯片内置现成的I/O对象、LonTalk协议，并使用高级语言编程，便于系统开发。
2基于Lonworks总线技术的环境监测系统
2.1系统概述
环境监测系统主要完成物资仓库的环境状况监测、数据的自动采集、数据的传输和处理，实时精确地获取环境信息数据，系统及时采取相应处理措施。
系统由监控中心、现场监测控制节点和通信网络三部分组成。监控中心配有监控主机和大型设备运行状态显示屏；现场监测控制节点由控制模块和传感器组组成，其数据采集传感器主要有：温度传感器、湿度传感器、可燃有害气体传感器、空气污染监测器、烟雾探测器、水浸开关等；系统通信网络可由Lonworks现场总线支持的多种通信介质（如：双绞线、电力线、光纤、无线、红外等）与路由设备组成。系统工作原理为：数据采集传感器组将获取的环境信息转换为电信号，而后电信号再经数模或电平转换由控制模块以网络变量的形式传送至Lonworks总线网络上的控制节点，把处理命令传送给空调、消防系统的控制节点，监控中心实现系统的监控、管理、维护以及与其他计算机系统之间的信息交互，从而实现控制信息与管理信息的集成。系统网络拓扑结构图如图1所示。
2.2控制节点硬件设计
控制节点的开发采用基于控制模块的硬件设计方式。Lonworks控制模块集成了一个神经芯片、通信收发器、存储器和晶振，控制模块仅需添加一个电源、外围电路接口和在神经芯片上运行的应用程序就可以构成一个完整的节点。控制模块通过两个连接器端口P1和P2建立与应用传感器以及与Lonworks总线的连接。基于控制模块构成的控制节点的结构图如图2所示。
基于Lonworks 总线技术的数据采集方案如下：由采集节点对现场数据进行数据采集，经信号转换后发送至节点控制模块，控制模块再以网络变量形式发送数据至Lonworks总线；上位机根据需要通过网络读取数据，显示于控制界面。数据采集硬件设计根据传感器输出信号的类型区分为模拟量信号的数据采集和开关量信号的数据采集。
2.2.1模拟量信号数据采集电路
普通的环境监测传感器往往因为热敏元件、湿敏元件等自身的差异而使得它们所表现出来的电压、电流等信号与温度、湿度呈不确定的非线性关系，而且，由于电压、电流等模拟信号在远距离传输时难免有损耗，必将导致测量精确度下降，从而影响环境监测系统中的监测现场信息的精确度，在损耗严重的情况下将直接导致监测数据丢失。因此，在控制节点设计中将普通的温湿度传感器产生的电信号进行模数转换处理后，直接以数字量的形式通过网络变量传到Lonworks总线上，避免了模拟量传输引起的损耗，从而提高了现场测量的精确度。
模拟量信号数据采集电路的主要功能是将传感器输出的模拟信号通过光电隔离、滤波放大、A/D转换变成数字量，输入控制模块，再传送至Lonworks总线。流程如图3所示。其中：光隔继电器用来选择所需要测量的传感器输入信号，离滤波电路用于滤除模拟输入信号中的高频干扰，隔离放大电路用于内部模拟信号的隔离，A/D转换一般实现12位A/D转换，送给Lonworks控制模块。
2.2.2开关量信号数据采集电路
环境监测系统中有许多开关量信号传感器，如：水浸开关等。开关量数据采集电路的主要功能是将开关信号通过电平转换，由移位寄存器将并行信号转换为串行信号，经控制模块处理后，送至Lonworks总线。流程如图4所示。
2.3环境监测系统软件设计
环境监测系统软件包括系统管理软件和控制节点软件两部分。环境监测系统是自动化立体仓库管理信息系统的一部分，基于客户机／服务器（C/S）与浏览器／服务器（B/S）相结合的模式，通过DDE服务建立上层的监控应用，实现控制信息和管理信息的集成。控制节点软件设计是环境监测系统软件设计的核心，其Neuron芯片的编程语言是Neuron C，它是基于ANSI C专门为神经芯片设计的一种编程语言，并且进行了扩展以直接支持Neuron芯片的固件例程。控制节点的软件设计主要内容是数据的输入接口以及控制节点与监控中心或其他控制节点之间的通信。
2.3.1输入接口设计
串行A/D转换器MAX186把模拟信号转换成数字信号并传送给控制模块，其控制字的写入与A/D转换的数据输出通过串行数据线完成，其各个输入通道由控制字进行选择。输入接口程序如下：
IO_8 Neurowire master select（IO_1）MAX186//定义I/O对象为neurowire，IO_8为时钟输出，IO_10为串行输入，IO_9
为串行数据输出，选择主控模式，MAX186片选信号由IO_1输出
IO_1 output bit MAX186_CS=1 //初始化MAX186片选无效
When（time_expires (clock_1）） //定时/计数器Clock_1，计时终止时事件为真
{io_out（MAX186_CS ,0） //使MAX186片选信号有效
io_out（,10001111） //向MAX186送控制器字：通道0，单极性，单端输入，外部时钟模式
imput=io_in（MAX186,& input,16） //输入转换结果
input=input>.>4;
io_out（MAX186_CS,1）; //MAX186片选无效，结束信号采集
}
2.3.2控制节点之间的通信
控制节点之间的通信可采用网络变量的方法进行互相通信，网络变量分输入和输出两种。若一节点将其某一变量设置为输出网络变量，则该变量的值将会传送到Lonworks总线网络上所有与某一变量相联系的控制节点。输入变量和输出变量的连接可利用数据的绑定的方法实现。
2.3.3控制节点与监控中心之间的通信
监控主机可以采用多种技术和Lonworks总线进行通讯，LonManager DDE、LNS DDE和LNS API已自主完成了多种驱动软件的开发，实现了与多种工业组态软件与LON网络的连接，方便了用户界面的迅速开发。同时也支持Delphi、VB、VC等语言的开发。
3结论
Lonworks总线技术具有高可靠性、开放性、互操作性和易于实现等特点，已在国内外分布式控制系统领域得到广泛的应用，具有广阔的发展前景。基于Lonworks总线技术的环境监测系统由于采用Lonworks总线技术，使系统具有组网方便、通信简单易行、信号传输可靠性高、节点便于扩充等优点，便于对地理位置分散的仓库进行集中的监控。实践证明，该方案具有可行性。
参考文献：
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