專利名稱：基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬樓宇自控的技術(shù)范疇，特別是指基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控技術(shù)及其雙協(xié)議轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
樓宇自控領(lǐng)域中，BACnet和EIB協(xié)議是贏得廣泛認同和應(yīng)用的兩大主流國際標準。歐洲安裝總線(EIB)由Siemens、ABB等企業(yè)首先提出，1990年成立的EIBA為EIB 的管理機構(gòu)，2010年EIBA的全球注冊會員突破400 ；國際上很多知名公司相繼推出符合 EIB規(guī)范的系列產(chǎn)品，目前已占據(jù)歐洲樓宇自動化設(shè)備80%的市場。1999年，以EIB為基礎(chǔ)、汲取歐洲另兩個樓宇自控協(xié)議(BatiBus和EHSA)配置模式等優(yōu)點，提出了 KNX/EIB協(xié)議。2003年，KNX/EIB列入歐洲標準EN50090 ；2006年，列入國際標準IS0/IEC 14543-3 ； 2007年7月，列入中國標準GB/Z 20965—2007。KNX/EIB (以下簡稱EIB)標準化程度高， 協(xié)議具有結(jié)構(gòu)簡單、高效穩(wěn)定的優(yōu)異特性，是生產(chǎn)高性價比和高可靠性樓宇自控產(chǎn)品的技術(shù)支撐和保障。EIB源自樓宇照明、百葉窗(窗簾)、安防等控制的共性需求制定協(xié)議，采用獨特的組(邏輯)地址高效通信機制，并將樓宇自控產(chǎn)品簡化成兩類命令發(fā)送者一傳感器， 命令接收者一執(zhí)行器；上述考量對于開關(guān)量或復(fù)雜度一般的控制而言，如照明、安防等控制，具有無可比擬的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢；但當EIB拓展至復(fù)雜控制系統(tǒng)時，如供暖制冷及空調(diào)系統(tǒng)(HVAC&R)，EIB產(chǎn)品受制于協(xié)議自身的局限性，始終難有大的作為；EIB協(xié)議體系框架內(nèi)實施HVAC&R工程時，所需的復(fù)雜控制功能往往只能求助EIB監(jiān)控中心、即不得不放棄EIB 無需主控制器的點對點(peer to peer)分布式控制方式，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度的增大、可靠性和效率的下降。1987年，美國供暖制冷及空調(diào)工程師協(xié)會ASHRAE提出BACnet協(xié)議；1995年6月， ASHRAE推出BACnet 1995版，同年12月成為ANSI美國國家標準；2003年，BACnet協(xié)議批準成為國際標準IS016484—5 ；2009年10月，BACnet中國協(xié)會成立。BACnet源自HVAC&R 等控制的共性需求制定協(xié)議，將7層OSI模型精簡為4層低2層引入4種業(yè)已得到成功規(guī)模應(yīng)用的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，以適應(yīng)不同性價比及保護原有投資的訴求；根據(jù)樓宇自控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較固定的特征，BACnet網(wǎng)絡(luò)層功能進行了多方面的簡化一人工配置單一靜態(tài)路徑的路由表；對象、屬性、服務(wù)定義在BACnet的應(yīng)用層，借鑒面向?qū)ο蟮脑O(shè)計理念、參照ISO 8824/8825 ASN. 1規(guī)則對自控設(shè)備進行統(tǒng)一的形式化描述，自控設(shè)備間的互操作則采用混合模式一間接模式用于樓宇自控設(shè)備的樓宇控制功能，直接模式與樓宇自控設(shè)備的通信及管理有關(guān)。BACnet沿襲工控領(lǐng)域的產(chǎn)品分類法，分為傳感器、執(zhí)行器和控制器；在樓宇的HVAC&R工程系統(tǒng)中，相應(yīng)的BACnet自控設(shè)備品種豐富、功能完備、性價比高，牢牢占據(jù)著市場的主導(dǎo)地位；但當BACnet涉足僅需簡單控制的系統(tǒng)時，如照明及百葉窗(窗簾)系統(tǒng)，BACnet產(chǎn)品亦受制于協(xié)議自身的局限性，多年來成效有限差強人意；BACnet協(xié)議體系框架內(nèi)實施照明及百葉窗(窗簾)等工程時，一方面BACnet自控設(shè)備的復(fù)雜控制功能被束之高閣，另一方面又因BACnet軟硬件資源開銷大，導(dǎo)致其性價比欠佳、競爭力缺失；因此， BACnet智能樓宇中高效智能的HVAC&R與簡單的硬接線(繼電器)照明并存的奇特景象屢見不鮮，2011年5月新落成的杭州某醫(yī)院大樓就是一個典型案例。BACnet本質(zhì)上是一個強設(shè)備控制、弱信息管理的協(xié)議，EIB卻是一個強信息管理、 弱設(shè)備控制的協(xié)議；因此，EIB在弱控制系統(tǒng)中呈現(xiàn)較大的優(yōu)勢，在強控制系統(tǒng)中則優(yōu)勢不在，而BACnet恰恰相反。合乎邏輯的結(jié)論是，或沿著現(xiàn)有技術(shù)路線圖，繼續(xù)改進BACnet和 EIB的短板產(chǎn)品，但理論分析和工程實踐均表明希望微乎其微；或綜合BACnet和EIB的長處，開發(fā)基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)。先后提出的工業(yè)控制現(xiàn)場總線協(xié)議達百種，目前有市場影響力的現(xiàn)場總線協(xié)議有十余種，立足特定工業(yè)領(lǐng)域需求制定的現(xiàn)場總線協(xié)議，在該工業(yè)領(lǐng)域中擁有比較優(yōu)勢；盡管每種現(xiàn)場總線協(xié)議不斷吸取其它總線協(xié)議的精華，但并未出現(xiàn)期待的一統(tǒng)天下，因為不同的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議各有側(cè)重點、優(yōu)劣點各異； 目前業(yè)內(nèi)的共識是可預(yù)見期間內(nèi)多種工業(yè)現(xiàn)場總線將維持并存的局面，工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議的現(xiàn)狀具有普遍的意義，樓宇自控協(xié)議也概莫能外一多種樓宇自控協(xié)議將長期并存。樓宇自控協(xié)議的關(guān)注點是與hternet的連接，不同樓宇自控協(xié)議間的融合互補卻乏人問津， 本發(fā)明旨在補上這一課。樓宇自控協(xié)議互聯(lián)方面的代表性知識產(chǎn)權(quán)成果如下
發(fā)明專利“歐洲安裝總線系統(tǒng)的嵌入式因特網(wǎng)接入裝置”(ZL200710067887.6)，提出將EIB連接hternet的解決方案?！ぐl(fā)明專利“開放式樓宇自控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)化裝置及轉(zhuǎn)化方法”(申請?zhí)?201010621123. 9)，提出BACnet/IP和BACnet/Ethernet網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相互轉(zhuǎn)化的裝置及轉(zhuǎn)化方法?！ぐl(fā)明專利“將BACnet協(xié)議轉(zhuǎn)換成ftx)fibUS協(xié)議的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器“(申請?zhí)?200910100268. 1)，提出將BACnet協(xié)議轉(zhuǎn)換成ftx)fibus協(xié)議的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器。上述有益探索，指出了 BACnet、EIB接入hternet，BACnet與ibus相連的技術(shù)路線，但探索成果仍存在局限，尚未涉及各有所長的不同樓宇自控協(xié)議間的互聯(lián)融合，有必要在現(xiàn)有研究成果基礎(chǔ)上作深入的研究與創(chuàng)新。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，綜合BACnet和EIB兩種協(xié)議的優(yōu)勢，提供一種基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)及其雙協(xié)議轉(zhuǎn)換方法。一種基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)由BACnet監(jiān)控中心、BACnet/ IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 網(wǎng)橋、BACnet/ EIB 網(wǎng)關(guān)、BACnet/IS008802-3 設(shè)備節(jié)點、BACnet/LonTalk 設(shè)備節(jié)點、BACnet/PTP 設(shè)備節(jié)點、BACnet/MSTP設(shè)備節(jié)點、EIB總線設(shè)備節(jié)點組成；其中，BACnet監(jiān)控中心通過BACnet/ MSTP 子網(wǎng)分別與 BACnet/IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、 BACnet 網(wǎng)橋、BACnet/EIB 網(wǎng)關(guān)相連，BACnet/IS008802_3 路由器通過 BACnet/IS008802_3 子網(wǎng)與各 BACnet/IS008802-3 設(shè)備節(jié)點相連，BACnet/LonTalk 路由器通過 BACnet/LonTalk 子網(wǎng)與BACnet/LonTalk設(shè)備節(jié)點相連，BACnet/PTP路由器通過BACnet/PTP子網(wǎng)與各 BACnet/PTP設(shè)備相連，BACnet網(wǎng)橋通過BACnet/MSTP子網(wǎng)與各BACnet/MSTP設(shè)備節(jié)點相連，BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)通過EIB總線子網(wǎng)與各EIB總線設(shè)備節(jié)點相連；BACnet網(wǎng)橋連接相同數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的BACnet子網(wǎng)，路由器連接不同數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的BACnet子網(wǎng)， EIB總線子網(wǎng)與BACnet則借助BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)進行連接；網(wǎng)關(guān)經(jīng)MSTP模塊接入BACnet/ MSTP子網(wǎng)、經(jīng)EIB總線耦合單元接入EIB總線子網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)不僅執(zhí)行BACnet網(wǎng)絡(luò)和EIB總線子網(wǎng)間的路由，而且具備BACnet和EIB兩種協(xié)議應(yīng)用層數(shù)據(jù)的變換功能。BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)電路的連接關(guān)系為處理器分別與存儲器、按鍵、顯示模塊、MSTP 模塊、串行PEI16協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊相接；串行PEI16協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊與EIB總線耦合單元相接， 并接入EIB總線子網(wǎng)；MSTP模塊由光電隔離單元和RS485單元組成，處理器經(jīng)光電隔離單元和RS485單元相接，RS485單元接入BACnet/MSTP子網(wǎng)；所述的處理器是以ARM920T為內(nèi)核的S3C2410X芯片，MSTP模塊的光電隔離單元采用兩個6N137芯片、RS485單元采用 MAX490芯片，存儲器采用K9F1208U0M芯片，顯示模塊采用NL2432DR22。MSTP模塊電路為BACnet/MSTP總線上的Datal+與MAX490的引腳6相連，BACnet/ MSTP總線上的Datal-與MAX490的引腳5相連，BACnet/MSTP總線上的Data2+與MAX490 的引腳7相連，BACnet/MSTP總線上的Data2_與MAX490的引腳8相連，BACnet/MSTP總線上的GND與MAX490的引腳4并聯(lián)后接地，MAX490的引腳1接電源+12V，MAX490的引腳2 與電阻Rl的一端相連，MAX490的引腳3與電阻R2的一端相連，第一 6附37芯片的引腳2與電阻Rl的另一端相連，第一 6附37芯片的引腳3與引腳5并聯(lián)后接地，第一 6附37芯片的引腳6與S3C2410X芯片的引腳RXD0、電阻R3的一端相連，第一 6N137芯片的引腳8與第二 6N137芯片的引腳8并聯(lián)后與電阻R3的另一端、電阻R4的一端、電源+5V、電容Cl的一端相連，第二 6N137芯片的引腳2與電阻R2的另一端相連，第二 6N137芯片的引腳3與引腳 5并聯(lián)后接地，第二 6附37芯片的引腳6與S3C2410X芯片的引腳T)(D0、電阻R4的另一端相連，電容Cl的另一端接地。EIB總線耦合單元電路的連接關(guān)系為串行/EIB協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊分別與電源模塊、 時鐘發(fā)生器、串行同步接口模塊、串行通訊接口、監(jiān)視/控制切換模塊、EIB雙絞線轉(zhuǎn)換模塊相連；EIB雙絞線轉(zhuǎn)換模塊與雙絞線電壓轉(zhuǎn)換模塊相連；所述的串行/EIB協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊采用ZC441016CFN芯片，EIB雙絞線轉(zhuǎn)換模塊采用FZE1065E芯片，串行同步接口模塊采用 74HC164 芯片。BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)的BACnet與EIB協(xié)議轉(zhuǎn)換方法如下
(1)BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)的軟件由BACnet/EIB協(xié)議變換單元、BACnet報文解析單元和 EIB報文解析單元組成；BACnet/EIB協(xié)議變換單元包括雙協(xié)議地址變換模塊、雙協(xié)議APCI (Application-Layer Protocol Control ^formation，應(yīng)用層協(xié)議控制信息)變換模塊和雙協(xié)議應(yīng)用程序數(shù)據(jù)變換模塊，以及雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表和雙協(xié)議APCI對照表；
(2)BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)初始化配置時，EIB配置工具ETS為每個EIB設(shè)備地址表增設(shè)物理組地址供BACnet監(jiān)控中心尋址；BACnet協(xié)議可變部分編碼通過在TLV編碼時添加“標記 (tag)”對不同功能和結(jié)構(gòu)的樓控設(shè)備進行描述實現(xiàn)與EIB協(xié)議的變換；
(3)BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換時，BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)從EIB總線子網(wǎng)接收EIB報文， EIB報文解/編模塊分拆EIB報文得到組地址、APCI和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)三部分；雙協(xié)議地址變換模塊借助雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表，由組地址變換成BACnet地址；雙協(xié)議APCI變換模塊借助雙協(xié)議APCI對照表，把EIB協(xié)議的APCI變換成BACnet的APCI ；雙協(xié)議應(yīng)用程序數(shù)據(jù)變換模塊則將EIB應(yīng)用程序數(shù)據(jù)變換成BACnet應(yīng)用程序數(shù)據(jù)；最后，BACnet報文解/編模塊匯對BACnet地址、BACnet的APCI和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)重新編碼，打包成BACnet報文發(fā)送至BACnet 網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)BACnet網(wǎng)絡(luò)至目標BACnet設(shè)備。EIB總線子網(wǎng)接收BACnet報文的過程與此相反。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是
BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)將強信息管理、弱設(shè)備控制的EIB系統(tǒng)融入強設(shè)備控制、弱信息管理的BACnet系統(tǒng)，協(xié)議互補性強、能充分發(fā)揮各自的長處，使基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)具有優(yōu)異的性價比；網(wǎng)關(guān)初始化配置時，ETS為每個EIB設(shè)備的設(shè)備地址表增設(shè)一個特殊的組地址一物理組地址一供BACnet監(jiān)控中心尋址，維護了 EIB系統(tǒng)的協(xié)議一致性和系統(tǒng)可靠性；網(wǎng)關(guān)的通信協(xié)議轉(zhuǎn)化和樓宇自控協(xié)議轉(zhuǎn)化采用分別獨立設(shè)計的方法，網(wǎng)關(guān)軟件的結(jié)構(gòu)清晰、層次分明；BACnet協(xié)議固定編碼部分與EIB協(xié)議變換時，雙協(xié)議地址變換模塊借助雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表、雙協(xié)議APCI變換模塊借助雙協(xié)議APCI對照表，通過高效的直接映射實現(xiàn)；BACnet協(xié)議可變部分編碼與EIB協(xié)議的變換，則應(yīng)用“標記(tag)，，-TLV編碼方法實現(xiàn)，具有自描述功能的TLV能表征不同功能和結(jié)構(gòu)的樓控設(shè)備。


圖1是基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2是BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)的電路框圖3是MSTP模塊電路圖4是EIB總線耦合模塊電路框圖5是BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換框圖6是EIB的物理地址結(jié)構(gòu)圖7是EIB的組地址結(jié)構(gòu)圖8是EIB設(shè)備地址表的結(jié)構(gòu)圖9是BACnet網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的結(jié)構(gòu)圖10是MSTP數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)圖11是雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表的屏幕編輯器；
圖12是EIB報文應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的結(jié)構(gòu)圖13是BACnet用戶數(shù)據(jù)(UD)編碼結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)由BACnet監(jiān)控中心、 BACnet/IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 網(wǎng)橋、 BACnet/EIB 網(wǎng)關(guān)、BACnet/IS008802-3 設(shè)備節(jié)點、BACnet/LonTalk 設(shè)備節(jié)點、BACnet/PTP 設(shè)備節(jié)點、BACnet/MSTP設(shè)備節(jié)點、EIB總線設(shè)備節(jié)點組成；其中，BACnet監(jiān)控中心通過 BACnet/MSTP 子網(wǎng)分別與 BACnet/IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/ PTP 路由器、BACnet 網(wǎng)橋、BACnet/EIB 網(wǎng)關(guān)相連，BACnet/IS008802_3 路由器通過 BACnet/ IS008802-3子網(wǎng)與各BACnet/IS008802-3設(shè)備節(jié)點相連，BACnet/LonTalk路由器通過 BACnet/LonTalk 子網(wǎng)與 BACnet/LonTalk 設(shè)備節(jié)點相連，BACnet/PTP 路由器通過 BACnet/ PTP子網(wǎng)與各BACnet/PTP設(shè)備相連，BACnet網(wǎng)橋通過BACnet/MSTP子網(wǎng)與各BACnet/MSTP 設(shè)備節(jié)點相連，BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)通過EIB總線子網(wǎng)與各EIB總線設(shè)備節(jié)點相連；BACnet網(wǎng)橋連接相同數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的BACnet子網(wǎng)，路由器連接不同數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的 BACnet子網(wǎng)，EIB總線子網(wǎng)與BACnet則借助BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)進行連接；網(wǎng)關(guān)經(jīng)MSTP模塊接入BACnet-MSTP子網(wǎng)、經(jīng)EIB總線耦合單元接入EIB總線子網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)不僅執(zhí)行BACnet網(wǎng)絡(luò)和EIB總線子網(wǎng)間的路由，而且具備BACnet和EIB兩種協(xié)議應(yīng)用層數(shù)據(jù)的變換功能。BACnet采用精簡的4層OSI模型物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層；低層(物理和數(shù)據(jù)鏈路層)支持IS08802-3、MSTP, PTP和LonTalk。網(wǎng)絡(luò)層屏蔽不同局域網(wǎng)(子網(wǎng)) 低層協(xié)議的差異，通過將全局地址解析為局部地址的途徑，在多個子網(wǎng)間進行報文的網(wǎng)絡(luò)層路由；在報文目的地址所屬子網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)報文目的地址設(shè)備的鏈路層路由，并向應(yīng)用層提供統(tǒng)一的接口 ；BACnet規(guī)定人工配置BACnet設(shè)備節(jié)點之間唯一的靜態(tài)邏輯路徑，顯然路由就是最簡單可靠、高效的靜態(tài)單一路徑路由。BACnet的“地址”由兩部分組成每個子網(wǎng)的唯一標識符——網(wǎng)絡(luò)號，用于BACnet子網(wǎng)之間的路由；每個BACnet設(shè)備節(jié)點的MAC地址，用于BACnet子網(wǎng)內(nèi)部的路由，將報文從一個設(shè)備節(jié)點路由到另一個設(shè)備節(jié)點。網(wǎng)橋連接的是采用相同數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的BACnet子網(wǎng)，路由器用于連接不同數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的BACnet子網(wǎng)；雖然不同的BACnet子網(wǎng)允許采用不同的或相同的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層協(xié)議，但不同BACnet子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層卻是統(tǒng)一的、標準的BACnet網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。EIB總線子網(wǎng)與BACnet的連接只能借助BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)不僅具有BACnet路由器處理不同局域網(wǎng)MAC地址及路由的功能，更重要的是具備BACnet和EIB兩種協(xié)議應(yīng)用層數(shù)據(jù)的變換功能。鑒于MSTP是BACnet獨有的、工程中使用頻率最高的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，而且MSTP提供的三種通信模式可以按需靈活配置(主從式、多主式和點對點式)；考慮到表述的簡潔明暸又不失一般性，BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)接入的BACnet子網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層選擇MSTP ；路由器、網(wǎng)橋亦圍繞數(shù)據(jù)鏈路層為MSTP的BACnet子網(wǎng)展開。如圖2所示，BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)電路的連接關(guān)系為處理器分別與存儲器、按鍵、顯示模塊、MSTP模塊、串行PEI16協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊相接；串行PEI16協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊與EIB總線耦合單元相接，并接入EIB總線子網(wǎng)；MSTP模塊由光電隔離單元和RS485單元組成，處理器經(jīng)光電隔離單元和RS485單元相接，RS485單元接入BACnet/MSTP子網(wǎng)；所述的處理器是以 ARM920T為內(nèi)核的S3C2410X芯片，MSTP模塊的光電隔離單元采用兩個6附37芯片、RS485 單元采用MAX490芯片，存儲器采用K9F1208U0M芯片，顯示模塊采用NL2432DR22。BACnet/ EIB網(wǎng)關(guān)是連接EIB總線子網(wǎng)與BACnet的關(guān)鍵設(shè)備，它是一種將EIB融入BACnet的嵌入式設(shè)備，能充分發(fā)揮BACnet和EIB這兩種樓宇自控協(xié)議的優(yōu)點、實現(xiàn)優(yōu)勢互補，在BACnet上對EIB設(shè)備進行監(jiān)控和管理。為保證足夠的存儲空間并考慮成本，設(shè)計時選用一片64MB的Nand FLASH K9F1208U0M作為唯一的系統(tǒng)程序存儲器(Nand FLASH的價格比Nor FLASH低，且S3C2410X 支持Nand FLASH直接啟動系統(tǒng))。如果使用可讀寫的文件系統(tǒng)，用戶也可以隨時把數(shù)據(jù)存在Nand FLASH中，并且掉電不會丟失。MSTP模塊的電路圖如圖3所示，BACnet/MSTP總線上的Datal+與MAX490的引腳6相連，BACnet/MSTP總線上的Datal-與MAX490的引腳5相連，BACnet/MSTP總線上的 Data2+與MAX490的引腳7相連，BACnet/MSTP總線上的Data2_與MAX490的引腳8相連， BACnet/MSTP總線上的GND與MAX490的引腳4并聯(lián)后接地，MAX490的引腳1接電源+12V， MAX490的引腳2與電阻Rl的一端相連，MAX490的引腳3與電阻R2的一端相連，第一 6附37芯片的引腳2與電阻Rl的另一端相連，第一 6附37芯片的引腳3與引腳5并聯(lián)后接地，第一 6N137芯片的引腳6與S3C2410X芯片的引腳RXD0、電阻R3的一端相連，第一 6附37芯片的引腳8與第二 6W37芯片的引腳8并聯(lián)后與電阻R3的另一端、電阻R4的一端、電源+5V、 電容Cl的一端相連，第二 6附37芯片的引腳2與電阻R2的另一端相連，第二 6附37芯片的引腳3與引腳5并聯(lián)后接地，第二 6N137芯片的引腳6與S3C2410X芯片的引腳TXDO,電阻 R4的另一端相連，電容Cl的另一端接地。如圖4所示，EIB總線耦合模塊內(nèi)部連接關(guān)系為串行/EIB協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊分別與電源模塊、時鐘發(fā)生器、串行同步接口模塊、串行通訊接口、監(jiān)視/控制切換模塊、EIB雙絞線轉(zhuǎn)換模塊相連；EIB雙絞線轉(zhuǎn)換模塊與雙絞線電壓轉(zhuǎn)換模塊相連。所述的串行/EIB協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊采用ZC441016CFN芯片，EIB雙絞線轉(zhuǎn)換模塊采用FZE1065E芯片，串行同步接口模塊采用74HC164芯片。串行信號通過串行通訊接口分別直接以及通過串行同步接口模塊 74HC164輸入串行/EIB協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，該模塊輸出信號先后經(jīng)過EIB雙絞線轉(zhuǎn)換模塊和雙絞線電壓轉(zhuǎn)換模塊將總線信號輸出至EIB總線網(wǎng)絡(luò)。進一步的技術(shù)細節(jié)詳見本課題組的發(fā)明專利，“歐洲安裝總線系統(tǒng)的嵌入式因特網(wǎng)接入裝置”(ZL200710067887. 6)。BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)在BACnet網(wǎng)絡(luò)側(cè)作為一個BACnet設(shè)備，在EIB總線支網(wǎng)側(cè)則作為一個EIB設(shè)備存在；BACnet和EIB這兩個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通過BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)互聯(lián)，雙向信息交互、抅成基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)。基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)投運前有三項準備工作使用BACnet系統(tǒng)組態(tài)軟件(如加拿大DELTA公司的D0W-333-USB)對BACnet設(shè)備組態(tài)，包括BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)，即將BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)列入 BACnet網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備；應(yīng)用EIBA的ETS3. 2-2009組態(tài)軟件(組態(tài)工具)進行EIB設(shè)備的組態(tài)， 包括BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)，即將BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)列入EIB總線子網(wǎng)的設(shè)備；配置BACnet/EIB 網(wǎng)關(guān)。鑒于前兩項準備工作屬公知知識范疇，故本發(fā)明僅就第三點展開論述。如圖5所示， BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)的BACnet與EIB協(xié)議轉(zhuǎn)換方法如下
(1)BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)的軟件由BACnet/EIB協(xié)議變換單元、BACnet報文解析單元和 EIB報文解析單元組成；BACnet/EIB協(xié)議變換單元包括雙協(xié)議地址變換模塊、雙協(xié)議APCI (Application-Layer Protocol Control ^formation，應(yīng)用層協(xié)議控制信息)變換模塊和雙協(xié)議應(yīng)用程序數(shù)據(jù)變換模塊，以及雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表和雙協(xié)議APCI對照表；
(2)BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)初始化配置時，EIB配置工具ETS為每個EIB設(shè)備地址表增設(shè)物理組地址供BACnet監(jiān)控中心尋址；BACnet協(xié)議可變部分編碼通過在TLV編碼時添加“標記 (tag)”對不同功能和結(jié)構(gòu)的樓控設(shè)備進行描述實現(xiàn)與EIB協(xié)議的變換；
(3)BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換時，BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)從EIB總線子網(wǎng)接收EIB報文， EIB報文解/編模塊分拆EIB報文得到組地址、APCI和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)三部分；雙協(xié)議地址變換模塊借助雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表，由組地址變換成BACnet地址；雙協(xié)議APCI變換模塊借助雙協(xié)議APCI對照表，把EIB協(xié)議的APCI變換成BACnet的APCI ；雙協(xié)議應(yīng)用程序數(shù)據(jù)變換模塊則將EIB應(yīng)用程序數(shù)據(jù)變換成BACnet應(yīng)用程序數(shù)據(jù)；最后，BACnet報文解/編模塊匯對 BACnet地址、BACnet的APCI和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)重新編碼，打包成BACnet報文發(fā)送至BACnet 網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)BACnet網(wǎng)絡(luò)至目標BACnet設(shè)備。EIB總線子網(wǎng)接收BACnet報文的過程與此相反。如圖6、圖7所示，EIB協(xié)議提供物理地址(Physical Address)和組地址(Group Address)兩種尋址方式。EIB設(shè)備具有唯一的2字節(jié)物理地址，物理地址的十進制格式XX. XX. XXX，其最大值為15. 15. 255 ；物理地址中的不同段與EIB網(wǎng)絡(luò)的三層結(jié)構(gòu)——對應(yīng)， 分別表征網(wǎng)絡(luò)拓撲中的域、線和設(shè)備；物理地址主要用于ETS組態(tài)軟件對EIB系統(tǒng)的組態(tài)以及EIB監(jiān)控中心對系統(tǒng)的監(jiān)控。組地址是一種邏輯地址，EIB設(shè)備之間的通信主要是通過組地址而不是物理地址實現(xiàn)的；占用2個字節(jié)的組地址首位是0，有效的組地址是15比特， 具有兩段式和三段式兩種十進制格式M/s和M/m/s，不同的格式只是從用戶視角劃分的不同功能概念，其比特數(shù)據(jù)本身沒有任何區(qū)別。如圖8所示，EIB總線設(shè)備的地址表由一個物理地址和N個組地址組成；鑒于 BACnet監(jiān)控中心需監(jiān)控EIB設(shè)備，而EIB設(shè)備的物理地址是專供ETS組態(tài)以及EIB監(jiān)控中心對EIB系統(tǒng)的監(jiān)控，因此ETS組態(tài)時本發(fā)明為每個EIB設(shè)備地址表增設(shè)一個特殊的組地址一物理組地址一供BACnet監(jiān)控中心尋址，從而維護了 EIB系統(tǒng)的協(xié)議一致性和系統(tǒng)可靠性。ETS組態(tài)時，設(shè)置EIB設(shè)備的地址表、通信對象表、關(guān)聯(lián)表和RAM標志表，四表協(xié)同完成對EIB設(shè)備通信對象的定位；ETS組態(tài)時自動配置域、線耦合器的路由表，因此EIB網(wǎng)絡(luò)層已蛻化成消除報文路由死循環(huán)的計數(shù)器一(參閱GB/T 20965-2007)。EIB協(xié)議的物理層、 數(shù)據(jù)鏈路層是專用的，組地址是唯一的、全局地址，組地址定位EIB設(shè)備的通信對象屬間接尋址法。EIB系統(tǒng)的域、線耦合器路由表，組態(tài)時由ETS自動配置，對用戶是透明的；BACnet/ EIB網(wǎng)關(guān)處理EIB設(shè)備的通信對象地址就是組地址。BACnet網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)和MSTP數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)如圖9、10所示。MSTP是一個混合網(wǎng)絡(luò)，地址占一個字節(jié)、物理層是RS485，網(wǎng)絡(luò)中存在主站點和從站點兩種非對等的站點，利用令牌(Token)機制實現(xiàn)對傳輸介質(zhì)的訪問控制。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU) 是BACnet報文的網(wǎng)絡(luò)層部分，包括網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議控制信息(NPCI)和網(wǎng)絡(luò)層用戶數(shù)據(jù)部分 (NUD)0對于數(shù)據(jù)報文，網(wǎng)絡(luò)層用戶數(shù)據(jù)部分(NUD)就是應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)。協(xié)議控制信息NPCI具有固定的格式和編碼，其中與設(shè)備地址有關(guān)的參數(shù)有6個①DNET (目標地址的網(wǎng)絡(luò)號)；②DLEN (目標地址的MAC地址長度)；③DADR (目標地址的MAC地址)； ④SNET (源地址的網(wǎng)絡(luò)號)；⑤SLEN (源地址的MAC地址長度)；⑥SADR (源地址的MAC地址)。BACnet支持不同的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，每個BACnet設(shè)備需要一個網(wǎng)絡(luò)號碼和一個 MAC地址唯一確定；換言之，BACnet設(shè)備尋址除全局地址外還要引入局部地址，這是BACnet 支持多數(shù)據(jù)鏈路層必須付出的代價。此外，BACnet在定義一組標準對象的基礎(chǔ)上，將樓宇自控設(shè)備映射為若干標準對象的組合，樓宇設(shè)備的控制則采用應(yīng)用層服務(wù)一對標準對象的屬性進行訪問與操作；顯然，真正參于樓宇自控的是樓宇自控設(shè)備所屬的標準對象。因此， 僅僅給出網(wǎng)絡(luò)號碼和MAC地址是不夠的，因為只完成了對BACnet設(shè)備的定位；當且僅當結(jié)合設(shè)備標識符與該設(shè)備的對象標識符定位才是完備的，才能最終確定真正參于自控的樓宇設(shè)備所屬的對象。鑒于BACnet協(xié)議沒有自動向網(wǎng)段分配動態(tài)網(wǎng)絡(luò)號的機制，必須人工配置靜態(tài)路由表的亊實；因此，雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表是BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)雙協(xié)議地址變換模塊進行地址變換的前提。如圖11所示，BACnet/EIB雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表的屏幕編輯器由MAC類型選擇下拉菜單，雙協(xié)議地址輸入、地址關(guān)聯(lián)一覽表和屏幕編輯器操作按鈕組成。操作流程如下
1.從MAC類型選擇下拉菜單中選擇BACnet子網(wǎng)的MAC類型。2.逐一填寫B(tài)ACnet的網(wǎng)絡(luò)號、MAC地址、設(shè)備標識符和設(shè)備對象標識符，以及對應(yīng) EIB設(shè)備的通信對象組地址。
3.按“確認”按鈕，輸入內(nèi)容以記錄形式寫入“地址關(guān)聯(lián)一覽表”；按“刪除”按鈕， 輸入內(nèi)容作廢。4.瀏覽“地址關(guān)聯(lián)一覽表”內(nèi)容，可用“地址關(guān)聯(lián)一覽表”右側(cè)的上下三角箭頭按鈕；選擇修改記錄則用“地址關(guān)聯(lián)一覽表”左側(cè)的上下三角箭頭按鈕移動“地址關(guān)聯(lián)一覽表” 左側(cè)同步的箭頭，按“修改”按鈕，選中的記錄內(nèi)容填入BACnet的網(wǎng)絡(luò)號、MAC地址、設(shè)備標識符和設(shè)備對象標識符，EIB設(shè)備通信對象的組地址；修改結(jié)束后按“確認”按鈕。5.按“保存”按鈕，地址關(guān)聯(lián)一覽表內(nèi)容以“地址關(guān)聯(lián)一覽表.INI”文件名保存， 供BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)運行時使用。樓宇設(shè)備的功能大體上可分為通信和樓宇設(shè)備自控兩部分，BACnet和EIB均采用面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計方法，兩協(xié)議設(shè)備的通信功能均獨立于樓宇設(shè)備自控功能；因此， BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)設(shè)計時，可以分別設(shè)計通信協(xié)議的轉(zhuǎn)化和樓宇自控協(xié)議的轉(zhuǎn)化。如圖12所示，一個EIB報文由控制域、源地址域、目標地址域、長度域、傳輸層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(TPDU)域和校驗域組成；TPDU由傳輸層協(xié)議控制信息(TPCI)和傳送服務(wù)數(shù)據(jù)單元(TSDU)組成，TSDU即應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU) ；APDU則由應(yīng)用層協(xié)議控制信息 (APCI)和用戶數(shù)據(jù)(UD，即用戶應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)DATA)組成。4個bits的服務(wù)原語(Service Primitive )，也稱應(yīng)用層協(xié)議控制信息APCI，每一種服務(wù)原語和相應(yīng)數(shù)據(jù)的解釋詳見下表，在BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)中使用的是0000，0001，0010三個EIB服務(wù)原語。
權(quán)利要求
1.一種基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)及其雙協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，其特征在于系統(tǒng)由 BACnet 監(jiān)控中心、BACnet/IS008802_3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 網(wǎng)橋、BACnet/EIB 網(wǎng)關(guān)、BACnet/IS008802_3 設(shè)備節(jié)點、BACnet/LonTalk 設(shè)備節(jié)點、BACnet/PTP設(shè)備節(jié)點、BACnet/MSTP設(shè)備節(jié)點、EIB總線設(shè)備節(jié)點組成；其中，BACnet 監(jiān)控中心通過BACnet/MSTP子網(wǎng)分別與BACnet/IS008802_3路由器、BACnet/LonTalk路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 網(wǎng)橋、BACnet/EIB 網(wǎng)關(guān)相連，BACnet/IS008802_3 路由器通過 BACnet/IS008802-3 子網(wǎng)與各 BACnet/IS008802_3 設(shè)備節(jié)點相連，BACnet/LonTalk 路由器通過BACnet/LonTalk子網(wǎng)與BACnet/LonTalk設(shè)備節(jié)點相連，BACnet/PTP路由器通過BACnet/PTP子網(wǎng)與各BACnet/PTP設(shè)備相連，BACnet網(wǎng)橋通過BACnet/MSTP子網(wǎng)與各 BACnet/MSTP設(shè)備節(jié)點相連，BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)通過EIB總線子網(wǎng)與各EIB總線設(shè)備節(jié)點相連；BACnet網(wǎng)橋連接相同數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的BACnet子網(wǎng)，路由器連接不同數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的BACnet子網(wǎng)，EIB總線子網(wǎng)與BACnet則借助BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)進行連接；網(wǎng)關(guān)經(jīng)MSTP模塊接入BACnet/MSTP子網(wǎng)、經(jīng)EIB總線耦合單元接入EIB總線子網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)不僅執(zhí)行BACnet網(wǎng)絡(luò)和EIB總線子網(wǎng)間的路由，而且具備BACnet和EIB兩種協(xié)議應(yīng)用層數(shù)據(jù)的變換功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)，其特征在于所述BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)電路的連接關(guān)系為處理器分別與存儲器、按鍵、顯示模塊、MSTP模塊、 串行PEI16協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊相接；串行PEI16協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊與EIB總線耦合單元相接，并接入EIB總線子網(wǎng)；MSTP模塊由光電隔離單元和RS485單元組成，處理器經(jīng)光電隔離單元和 RS485單元相接，RS485單元接入BACnet/MSTP子網(wǎng)；所述的處理器是以ARM920T為內(nèi)核的 S3C2410X芯片，MSTP模塊的光電隔離單元采用兩個6附37芯片、RS485單元采用MAX490芯片，存儲器采用K9F1208U0M芯片，顯示模塊采用NLM32DR22。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MSTP模塊，其特征在于所述的MSTP模塊電路為=BACnet/ MSTP總線上的Datal+與MAX490的引腳6相連，BACnet/MSTP總線上的Datal-與MAX490的引腳5相連，BACnet/MSTP總線上的Data2+與MAX490的引腳7相連，BACnet/MSTP總線上的Data2-與MAX490的引腳8相連，BACnet/MSTP總線上的GND與MAX490的引腳4并聯(lián)后接地，MAX490的引腳1接電源+12V，MAX490的引腳2與電阻Rl的一端相連，MAX490的引腳 3與電阻R2的一端相連，第一 6附37芯片的引腳2與電阻Rl的另一端相連，第一 6附37芯片的引腳3與引腳5并聯(lián)后接地，第一 6N137芯片的引腳6與S3C2410X芯片的引腳RXDO, 電阻R3的一端相連，第一 6N137芯片的引腳8與第二 6N137芯片的引腳8并聯(lián)后與電阻R3 的另一端、電阻R4的一端、電源+5V、電容Cl的一端相連，第二 6附37芯片的引腳2與電阻 R2的另一端相連，第二 6附37芯片的引腳3與引腳5并聯(lián)后接地，第二 6附37芯片的引腳6 與S3C2410X芯片的引腳T)(D0、電阻R4的另一端相連，電容Cl的另一端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的EIB總線耦合單元，其特征在于所述的EIB總線耦合單元電路的連接關(guān)系為串行/EIB協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊分別與電源模塊、時鐘發(fā)生器、串行同步接口模塊、串行通訊接口、監(jiān)視/控制切換模塊、EIB雙絞線轉(zhuǎn)換模塊相連；EIB雙絞線轉(zhuǎn)換模塊與雙絞線電壓轉(zhuǎn)換模塊相連；所述的串行/EIB協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊采用ZC441016CFN芯片，EIB雙絞線轉(zhuǎn)換模塊采用FZE1065E芯片，串行同步接口模塊采用74HC164芯片。
5.一種采用如權(quán)利要求1所述BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)的BACnet與EIB協(xié)議轉(zhuǎn)換方法如下BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)的軟件由BACnet/EIB協(xié)議變換單元、BACnet報文解析單元和EIB 報文解析單元組成；BACnet/EIB協(xié)議變換單元包括雙協(xié)議地址變換模塊、雙協(xié)議APCI (Application-Layer Protocol Control ^formation，應(yīng)用層協(xié)議控制信息)變換模塊和雙協(xié)議應(yīng)用程序數(shù)據(jù)變換模塊，以及雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表和雙協(xié)議APCI對照表；BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)初始化配置時，EIB配置工具ETS為每個EIB設(shè)備地址表增設(shè)物理組地址供BACnet監(jiān)控中心尋址；BACnet協(xié)議可變部分編碼通過在TLV編碼時添加“標記 (tag)”對不同功能和結(jié)構(gòu)的樓控設(shè)備進行描述實現(xiàn)與EIB協(xié)議的變換；BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換時，BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)從EIB總線子網(wǎng)接收EIB報文，EIB 報文解/編模塊分拆EIB報文得到組地址、APCI和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)三部分；雙協(xié)議地址變換模塊借助雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表，由組地址變換成BACnet地址；雙協(xié)議APCI變換模塊借助雙協(xié)議APCI對照表，把EIB協(xié)議的APCI變換成BACnet的APCI ；雙協(xié)議應(yīng)用程序數(shù)據(jù)變換模塊則將EIB應(yīng)用程序數(shù)據(jù)變換成BACnet應(yīng)用程序數(shù)據(jù)；最后，BACnet報文解/編模塊匯對 BACnet地址、BACnet的APCI和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)重新編碼，打包成BACnet報文發(fā)送至BACnet 網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)BACnet網(wǎng)絡(luò)至目標BACnet設(shè)備，EIB總線子網(wǎng)接收BACnet報文的過程與此相反。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)及其雙協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，系統(tǒng)由路由器或網(wǎng)橋連接的BACnet子網(wǎng)、BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)連接的EIB總線子網(wǎng)和BACnet監(jiān)控中心組成。網(wǎng)關(guān)經(jīng)MSTP模塊、EIB總線耦合單元分別接入BACnet/MSTP子網(wǎng)、EIB總線子網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)軟件由BACnet報文解析單元、EIB報文解析單元和BACnet/EIB協(xié)議變換單元組成；BACnet/EIB協(xié)議變換單元包括雙協(xié)議地址變換模塊、雙協(xié)議APCI變換模塊和雙協(xié)議應(yīng)用程序數(shù)據(jù)變換模塊，以及雙協(xié)議地址關(guān)聯(lián)表和雙協(xié)議APCI對照表。BACnet/EIB網(wǎng)關(guān)將EIB融入BACnet，兩種樓宇自控協(xié)議優(yōu)勢互補，使基于BACnet和EIB協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)具有優(yōu)異的性價比。
文檔編號H04L29/06GK102571795SQ20121000886
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者吳明光, 徐佳東, 徐曉忻, 詹永喆, 鄭鈞國 申請人:浙江大學(xué)