- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
基于Q2686无线CPU和Lonworks技术的无线监控网关的设计
录入：edatop.com 点击：
引言
本无线监控网关最初的设计目标是应用在楼宇能源监控系统中。楼宇能源监控系统主要由计量终端（电能、水、燃气、燃油等智能计量终端）、现场监测网络、信息远程传输网络、能源监管中心等几方面组成。本无线监控网关主要是通过现场监测网络（LON，保留RS485）对计量终端进行数据的收集，并通过无线传输网络将数据通过Internet传送到能源监管中心。本无线监控网关也可以做简单修改以适应更多的应用场合。
在传统的楼宇能源监控系统中，现场监测网络绝大多数采用串口通信（RS485）接口和Modbus通信协议，信息远程传输网络也主要是通过有线传输的方式将数据传送到能源监管中心。串口通信（RS485）接口和有线远程传输网络存在多种不足，如不支持多种通信介质、只能是主从式通信、不同厂家产品的通信协议各不相同、有线远程传输网络布线困难等。为了解决上述技术上存在的问题，本设计采用Q2686无线CPU和Lonworks技术来实现具有遥控、遥测及定时控制于一体的多功能无线监控网关。
Q2686无线CPU介绍
Q2686是Wavecom公司的新一代无线CPU Q26系列的一员，它采用ARM9 32bit内核的中央处理器，104MHz，30MIPS，32MB闪存和16MB的RAM，2个模数转换器，1个USB 2.0接口，1个并口，2个RS232串口，最多可配备44个GPIO，四频段(GSM 850/900/1800/1900MHz)。
Wavecom专有的Open AT软件开发套件，是性能一流的嵌入式蜂窝网络开发环境，通过Open AT的WIP（TCP/IP协议栈）插件，可以方便地在产品上进行网络开发。WIP插件还可以配合C-GPS插件或Wavecom其他插件一起应用，可以方便地进行GPS应用开发和TCP/IP的应用开发。
Lonworks控制网络技术
Lonworks是由美国Echelon公司开发的一种完整的、全开放的互操作性强、可靠性高、成熟的分布式控制网络技术，它支持多种通信介质包括双绞线、电力线、无线（RF）、红外（IR）、同轴电缆和光纤；Lonworks技术的核心是LonTalk通讯协议，该协议提供一套通信服务，使装置中的应用程序能在网上对其他装置发送和接收报文而无须知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能，所有采用Lonworks技术的产品都遵循LonTalk通讯协议，因此不同厂家的产品可以很方便地接入到同一个Lonworks网络系统中，它具有以下优点：
1）系统具有开放性和互操作性
Lonworks网络由节点（即智能控制器）通过固化在内部的符合OSI七层参考模型的LONTALK网络通讯协议互联，组成"Peer to Peer"对等网络。开发人员只需将主要精力花在系统应用设计方面，而不需要专门去实现和测试传输线路和通讯系统。
2）分布式无中心控制
网络节点靠近现场传感器和执行机构，每个节点都能完成控制和通讯功能，部分节点故障不会造成系统瘫痪，多至九个监控站可安装在网络的任何位置并可随时变换，监控站之间功能完全对等，也可定义为不同级别。这些特点对系统的调试、维护和稳定性都有着重要的意义。
3）系统组态灵活、开发周期短、应用媒体范围广泛
采用不同类型的收发器，系统可利用双绞线、光缆、同轴电缆、电力线、无线、红外线等多种媒体进行信号传输；根据传输距离的远近、传输速度和现场设备等具体要求组成自由拓扑结构或总线型等结构，这些都给系统设计和维护升级改造带来极大的方便。
系统整体框图
系统整体框图如图1所示，GPRS/LON无线监控网关定时查询Lonworks现场监测网络上的计量终端的数据，并将数据打包经过GPRS无线网络、Internet传送到监控中心的服务器上，或者是相反的过程，监控中心发出的指令经过Internet、GPRS无线网络传送到GPRS/LON无线监控网关，再由GPRS/LON无线监控网关将相应的指令经现场监测网络传送到具体的某个计量终端。
本无线监控网关最初的设计目标是应用在楼宇能源监控系统中。楼宇能源监控系统主要由计量终端（电能、水、燃气、燃油等智能计量终端）、现场监测网络、信息远程传输网络、能源监管中心等几方面组成。本无线监控网关主要是通过现场监测网络（LON，保留RS485）对计量终端进行数据的收集，并通过无线传输网络将数据通过Internet传送到能源监管中心。本无线监控网关也可以做简单修改以适应更多的应用场合。
在传统的楼宇能源监控系统中，现场监测网络绝大多数采用串口通信（RS485）接口和Modbus通信协议，信息远程传输网络也主要是通过有线传输的方式将数据传送到能源监管中心。串口通信（RS485）接口和有线远程传输网络存在多种不足，如不支持多种通信介质、只能是主从式通信、不同厂家产品的通信协议各不相同、有线远程传输网络布线困难等。为了解决上述技术上存在的问题，本设计采用Q2686无线CPU和Lonworks技术来实现具有遥控、遥测及定时控制于一体的多功能无线监控网关。
Q2686无线CPU介绍
Q2686是Wavecom公司的新一代无线CPU Q26系列的一员，它采用ARM9 32bit内核的中央处理器，104MHz，30MIPS，32MB闪存和16MB的RAM，2个模数转换器，1个USB 2.0接口，1个并口，2个RS232串口，最多可配备44个GPIO，四频段(GSM 850/900/1800/1900MHz)。
Wavecom专有的Open AT软件开发套件，是性能一流的嵌入式蜂窝网络开发环境，通过Open AT的WIP（TCP/IP协议栈）插件，可以方便地在产品上进行网络开发。WIP插件还可以配合C-GPS插件或Wavecom其他插件一起应用，可以方便地进行GPS应用开发和TCP/IP的应用开发。
Lonworks控制网络技术
Lonworks是由美国Echelon公司开发的一种完整的、全开放的互操作性强、可靠性高、成熟的分布式控制网络技术，它支持多种通信介质包括双绞线、电力线、无线（RF）、红外（IR）、同轴电缆和光纤；Lonworks技术的核心是LonTalk通讯协议，该协议提供一套通信服务，使装置中的应用程序能在网上对其他装置发送和接收报文而无须知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能，所有采用Lonworks技术的产品都遵循LonTalk通讯协议，因此不同厂家的产品可以很方便地接入到同一个Lonworks网络系统中，它具有以下优点：
1）系统具有开放性和互操作性
Lonworks网络由节点（即智能控制器）通过固化在内部的符合OSI七层参考模型的LONTALK网络通讯协议互联，组成"Peer to Peer"对等网络。开发人员只需将主要精力花在系统应用设计方面，而不需要专门去实现和测试传输线路和通讯系统。
2）分布式无中心控制
网络节点靠近现场传感器和执行机构，每个节点都能完成控制和通讯功能，部分节点故障不会造成系统瘫痪，多至九个监控站可安装在网络的任何位置并可随时变换，监控站之间功能完全对等，也可定义为不同级别。这些特点对系统的调试、维护和稳定性都有着重要的意义。
3）系统组态灵活、开发周期短、应用媒体范围广泛
采用不同类型的收发器，系统可利用双绞线、光缆、同轴电缆、电力线、无线、红外线等多种媒体进行信号传输；根据传输距离的远近、传输速度和现场设备等具体要求组成自由拓扑结构或总线型等结构，这些都给系统设计和维护升级改造带来极大的方便。
系统整体框图
系统整体框图如图1所示，GPRS/LON无线监控网关定时查询Lonworks现场监测网络上的计量终端的数据，并将数据打包经过GPRS无线网络、Internet传送到监控中心的服务器上，或者是相反的过程，监控中心发出的指令经过Internet、GPRS无线网络传送到GPRS/LON无线监控网关，再由GPRS/LON无线监控网关将相应的指令经现场监测网络传送到具体的某个计量终端。
| 图1 系统整体框图 无线监控网关的硬件设计 GPRS/LON无线监控网关，其硬件包括Q2686无线CPU、LON双绞线/电力线通信接口模块、RS485通信接口和电源单元。图2为产品设计原理框图。
|
