·照明控制·
基于ISI的智能照明系统设计
马金龙1。马立丽2
(1．河北电信设计咨询有限公司，河北石家庄050021；
2．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191)
』岱建馥史气圆圈
No．3、01．I(,SerialNojJ2010
摘 要：提出了一种基于LonWorks技术的智能照明系统设计方案。并利用
MiniEVK工具对其进行了开发。该方案选用低压电力线作为传输介质。并以
PL3120芯片为核心设计了智能节点，采用新推出的ISI技术组建了控制网络。测
试结果表明，该系统通信可靠性高。互操作性好，组网灵活。能够满足智能照明系
统的设计要求。
关键词：LonWorks技术；电力线；载波通信；照明系统；智能收发器；节点
中图分类号：TUIl3文献标识码：B文章编号：1674-8417(2010)034)011-04
0 引 言
电力线载波通信技术是利用现有的低压配
电线路(220V或380V交流供电线路)作为通信
介质，实现数据、话音、图像等综合业务传输的通
信技术，主要应用于楼宇及住宅小区管理自动
化、家庭高速数据网络、家庭自动化网络、自动抄
表等领域旧J。
Echelon公司的ISI(InteroperableSelf-Instal．
1ation)技术是专门用于智能建筑开发的一种组网
技术。ISI是一个应用层协议，它的组网技术称
为可互操作的自安装技术，是一种即插即用的组
网技术。它允许LonWorks设备自动地或通过按
下按钮实现自安装，可以随时添加或者删除网络
内的设备节点。设备节点通过内置的电力线载
波通信技术与其他节点进行信息交换，实现节点
间的互操作。当使用ISI时，不需要使用网络管
理工具安装设备或管理网络的配置，这样对于相
对较小的网络降低了开发成本。当需要开发大
型网络时，该网络可以转换成由管理工具(如
LonMaker工具)管理的网络p1。
本文设计了基于LonWorks电力线载波通信
马金龙(198卜)，男，
助理工程师，硕士。研
究方向为智能建筑技
术、数据通信与工业
控制网络等。
技术的智能照明系统的总体方案。该方案传输
媒质采用低压电力线，不需重新布线；采用新推
出的ISI组网技术，使节点更加智能化，并且降低
了成本。
1 ISI组网技术
采用ISI技术开发的智能节点，可以对节点
本身的网络数据进行自动调整，保证该节点的网
络特性的唯一性，但是不能对其他节点的网络属
性进行修改。一旦发生通信串扰，对现场节点的
安全性能够提供可靠的保障。最简单的ISI组网
方式最多支持32个节点组成智能家庭控制网
络，复杂的IsI组网方式可以支持200个节点构
成智能家庭控制网络。
基于ISI开发的不同厂商的设备可以直接连
接在一起组成智能控制网络，不需要硬件或软件
的转换。ISI技术既可以有效实现不同节点之间
的网络隔离，又可以在节点之间实现信息交换。
基于Isl的节点组成的智能网络，不要求所有节
点一直保持网络连接，也就是说，一些节点可以
随使用情况决定断开或者连接网络。如果增加
或者删除节点，不需要对家庭智能网络进行特殊
马立丽(19跗一)。女，硕士研究生。研究方向为智能建筑技术、电机与电器等。
万方数据
配匠固螋筑电L
Na．3～01．ItSerialNoJ2810
处理，IsI能够管理所有的过程，保证家庭智能网
络的正常工作。
使用IsI技术的节点安装过程如下：
(1)新的节点从家庭智能网络中获取一个
域地址，该地址用于隔离相邻家庭的不同网络之
间的信息交换。
(2)该节点在所接入的家庭嘲络中实施注册
后，获取一个唯一的地址。获取地址后，该节点会
对地址在网络上进行确认，保汪该地址的唯一性。
(3)在需要建立信息交换的节点之间建立
信息交换渠道，可以通过简单地使用按钮开关来
完成不同节点之间的连接过程，如智能开关和智
能灯具之间，用于区别不同房间的灯开关控制之
间的关系。
(4)确认控制关系建立的正确性。
(5)取消不适当的节点之间已经建立的信
息连接关系。
(6)ISI同样支持节点从控制网络中移走，
用户按住节点的连接按钮20s，该节点的连接
LED进行6次长闪烁，即表明该节点已经从家庭
智能网络中成功移走。
使用ISI对节点构建智能家庭网络，不需要
复杂的开关和拨盘，简单的按钮开关就可以，不
要求所有的设备保持一直在线，不需要控制中心
管理网络。因此，Echelon公司的ISl技术方案是
家庭智能控制网络的良好解决方案口舯J。基于
IsI的智能家庭网络技术平台如图1所示。
图1 基于IsI的智能家庭网络技术平台
2智能照明系统开发过程
该智能照明系统由上位管理计算机、网络适
配器以及若干个智能节点组成，使用IJ0nWorks
现场总线作为控制网络把各节点连接成一个分
布式智能控制系统，其网络结构如图2所示。
·12．
图2智能照明系统
·照明控制·
MiniEVK是Echelon公司新推出的Lon—
Works控制网络低成本开发工具。采用新型的
MiniEVK工具实现方案的开发。在该网络中，
PC机通过U20网络适配器与LonWorks网络连
接，用于对整个系统的现场节点进行集中监控管
理。现场各智能节点之问可以通过电力线网络
按照lsI协议实现互操作。
U20是一个低成本、高性能的LonWorks网络
接口设备，适用于具备USB接口的计算机。U20
网络接口设备能够通过插入式的、带电源的耦合
电路连接电力线信道，还可以直接连接到10～
18V直流电力线上，不需要耦合电路。U20USB
是为需要使用具备USB的Pc设备以实现监视、
管理和诊断LonWorks网络应用而设计的，适合
工业控制、楼宇自动化、过程控制和交通运输自
动化应用。
U20网络接口设备的特点是：安装简便、可
自动配置驱动程序，适用于Windows2000、XP和
Server2003操作系统，能够和基于LNS3及LNS
Turbo版本的应用程序相兼容，兼容性比较强，可
以和基于OpenLDV的应用程序相兼容，并支持
LonScanner协议分析仪软件。U20USB接口设备
还可以兼容USB2．0∞o。
2．1智能节点硬件设计
节点选用Echelon公司的PL3120电力线智
能收发器芯片为核心进行设计。PL3120智能收
发器将Neuron处理器核心和电力线收发器集成
在一起，提供的12个I／O管脚可以配置成38种
预定义标准I／O模式"]。该系统的I／O设计根据
实际需要用到了移位(Bitshift)输出对象I／O对
象模式。图3为基于PL3120设计的智能照明系
统节点的硬件电路图。
万方数据
·照明控制·
图3基于PL3120芯片的智能照明系统节点电路图
为了能有效地利用有限的I／O口，采用
74HC595和74HCl65将I／O口进行了扩展。
74HC595是串入并出的8bit移位寄存器芯片，接
收来自PL3120芯片的输入来控制外扩的8个
LED的状态。74HCl65是并入串出的8bit移位
寄存器芯片，接收按键的输入，将这一输入串行
输入到PL3120芯片中。P13120芯片是中央处理
器，进行按键与LED的对应点亮。它可以模拟各
个楼层的灯，利用LonWorks网络统一控制整个
楼宇的照明系统，同时又能依照各个房问的需求
自行控制，节约能源。
2．2智能节点软件设计
使用MiniEVK工具的工作如下【8】：①建立
一个NeuronC应用程序映像，调用ISI库文件；
②设置硬件模板和程序ID；③添加用户应用程
序代码编译；④装载应用程序映像到硬件装置；⑤
测试装置性能。
软件部分利用NeuronC语言进行编程。
NeuronC是以ANSIC为基础，专门为Neuron芯
片设计的一种程序设计语言¨。0|。
2．2．1 网络变量
该节点的软件部分主要实现按键控制LED
的亮灭状态。该节点的按键负责对应的LED的
熄灭状态。这个过程由网络变量(SNVTswiteh)
实现。节点中所需要的网络变量以及声明如下：
SFPTelosedLoopActuator：／／LED功能模块
networkinputSNVT——switchnviLight；
networkoutputSNVT—switchbind—info(an．
ackd)nvoLightFb；
SFPTclosedIx)0pSensor：／／按键功能块
丝黛建鱼童墨K圜
No．3V01．1IStriaINoJ)2010
networkinputSNVT_switchnviSwitchFb；
networkoutputSNVT_switchnvoSwitch；
2．2．2I／O对象设计
硬件设计上利用串并转换芯片74HC595和
并串转换芯片74HCl65将I／O进行了扩展，如图
3所示，在设计中采用移位(Bitshifi)I／O对象模
式。在程序中定义如下：
10_1outputbitioLEDLd=l：
IO-2outputbitshifinumbits(8)ioLEDs；
／／74HC5958bit串并转换器，102(时钟)，
103(串行数据输入端)，101(并行输出控制端)
IO-4inputbitshifinumbits(8)clockedge(-)
ioButtons；
IO6outputbitioButtonLd=l：
／／74HCl658 bit并串转换缓冲器，104(时
钟)，105(数据)，106(低电平获得并行输入)
2．2．3任务
下面简要介绍该节点主要模块的应用程序。
74HC595程序代码如下：
io_out(ioLEDs，一LEDs)；／／一LEDs表示传
输的数据，即LED的状态
io—out(ioLEDIA，0)；
io—out(ioLEDIA，1)；／／上升沿将数据送到
缓冲，控制并行输出
74HCl65程序代码如下：
io_out(ioButtonLd，0)；
io—out(ioButtonLd，1)；／／控制并行输入
Buttons&=(unsigned)io-in(ioButtons)；
／／74HCl65串行输出到Neuron芯片
以上两个模块功能的实现是利用调用程序
的方法实现的。
2．3 lsI组网设计
对PL3120设计采用调用IsI函数库对现场
节点进行ISI设置。新推出的PL3170把ISI功能
作为固件嵌入到ROM中。在MiniEVK软件中
通过IsI信息界面现场节点的IsI信息进行显示
和设置。可以通过MiniEVK软件对现场节点的
子网ID、节点ID、神经元芯片ID和程序ID进行
显示。点击ChangSub／NodeID，可以对现场节点
的ID进行设置。其中电力线网络的子网ID范
围为128～192，双绞线网络的子网ID范围为64
—125。每个子网支持127个设备，其中126和
·13·
万方数据
127作为管理工具使用，所以节点ID的范围为1
。125【s]。
3智能照明系统测试
利用两个PL3120评估板在实验楼电力线环
境下进行现场通信性能测试，用这两个评估板模
拟现场两个节点，进行测试评估。测试地点选在
同一研究室内A和B两个不同的位置，试验线路
采用实验楼体内电力线路，试验环境为实际电力
线环境。主要负载为开关电源等容性负载以及电
热器等阻性负载，此外，还有示波器、直流电源等
试验设备。测试期间用电设备均处于工作状态。
上述试验环境中已把户内电气设备的影响
引入系统测试信道，所以在该试验环境中进行的
现场通信性能测试其结果具有一定的代表性。
现场试验的示意图如图4所示。
k⋯⋯⋯，，计算帆． ，．，一⋯⋯～．。篮
图4现场试验示意图
为了更全面地测试节点的通信性能，现变换
测试位置，加大测试距离，将评估板分别置于实验
楼的不同楼层，在跨楼层的电力线环境下进行现
场通信性能测试。现场试验示意图如图5所示。
。”
一糯
：楼210宅
A化再
偾载状况：电脑(3台)
‘
一楼Il(J审 ：
Ijf寸胃
敛载状况：电脯《2台)
～、～．。叠
图5跨楼层现场试验示意图
试验方案中将一个PL3120设置为发送端，
置于实验楼二楼房间中A位置，另一个PL3120
设置为接收端，置于实验楼一楼房问中B位置进
·14·
·照明控制·
行测试。PL3120评估板通过电力线插座进入电
力线网络。电力线长度估计约200in。各房间内
试验线路主要负荷为实验楼内各种试验和电气
设备，电力线环境较为复杂。选择9：00、15：00、
21：00不同的时问段分别测试，每次测试200次，
通信成功率为100％。
结果表明，两个节点在低压电力线环境下可
以完成既定的控制任务，通信效果良好。
4 结语
本文提出的基于LonWorks技术的智能照明
系统技术方案，采用ISI组网技术，实现r整个系
统的智能节点的互操作和即插即用功能；利用
MiniEVK工具进行系统开发，降低了开发成本；
在电力线环境下对系统进行了测试评估，通信效
果良好，互操作性强，满足了设计要求。
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DesignofEditSoftwareforLEDLightingScene
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(1．CollegeofAutomationandElectricalEngineering，NanjingUniversityofTechnology，
Nanjing210009，China；2．NanjingHandsonCo．，Ltd．，Nanjing211100，China)
Abstract：LEDlightingscenecontmlsystembasedonDMX512protocolwhichcouldcontrolLEDlampsbycon—
trollerWflSdesigned．Thesystemstructure，DMX512protocolwerebrieflydescribed，thefocusWasgiventothemain
functionandinterfaceofLEDlightingsceneeditsoftware，andacodeaboutimageprocessinginsceneeditWaspresen·
ted．Thesystemcouldmeettheneedsofpracticalproject．Theeffecthadbeenprovedexcellentbythepractice．
Keywords：DMXSl2protocol；LEDⅡgh铀g$4七necontrolsystem；imageprocessing；softwaredesign
(上接第14页)
DesignofIntelligentLightingSystemBasedonISI
iliAJinlon91，MALili2
(1．HebeiCommunicationDesign&ConsultationCo．，Ltd．，Shijiazhuang050021，China；
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AeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)
Abstract：AdesignschemeofsmartlightingsystembasedonLonWorkstechnologyWasproposedanddevelopedby
usingMiniEVKt001．Thisschemechoselow·voltagepowerlineasthetransmissionmedium，anditalsotookPL3120
chipastheCOletodesignintelligentcode．TheschemeadoptednewISItechnologytoestablishcontrolnetwork．Thetest
lesdtshowedthatthesystemcouldcommunicatereliably，hadgoodinteroperability，flexiblenetworkconstructionand
couldmeetthedesignrequirementofintelligentlightingsystem．
Keywords：LonWorkstechnology；powerline；carriercommunication；nglltingsystem；smarttransceiv．
er；node
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