隨著科技的發展、社會的進步，許多高級建筑物內包含的樓宇自控設備和不同功能的子系統越來越多，越來越復雜。同時，建筑物業主也希望整個系統具有更高的性能、更高的效率和相對低的維護擴展費用。但由于不同廠商提供了不同功能的產品和子系統，采用了不同的通信協議，因此將造成各子系統有不同的通信速率、不同的編碼格式和不同的通信規則，致使各子系統間實現互操作和系統互連將很困難，實現智能建筑的系統一體化集成就更加無從談起。如果子系統各自獨立運行，不僅不能對整個系統進行統一的協調和管理，而且會有較高的運行和維護費用，將來擴展起來也不方便。所以，建筑物業主和管理者迫切需要一種開放的、可互操作的控制技術。通過這種技術，建筑物內的各種自控設備都可方便地集成在一起，實現各個子系統和各個設備間的自由通信，以取得最佳的經濟利益。
一、ＬｏｎＷｏｒｋｓ網絡技術——一種開放的控制技術
由于上述的原因，目前使用的傳統樓宇自控系統已不能滿足市場和用戶的需求，歸納起來體現在以下幾個方面：
（１）傳統的樓宇自控系統就其本身而言是一種封閉的系統，主要表現在其通信協議上，不同廠商的產品采用不同的通信協議，互不兼容。如要實現這些封閉系統的一體化集成，就要在不同通信協議的系統間用網關（Ｇａｔｅｗａｙ）把它們連接起來，這將會產生大量的軟件編制工作。這樣實現的系統不僅性能差，而且費用很高，不是理想的解決方案；
（２）由于系統封閉，不同子系統間無法共享信息，不同功能的子系統可能要配置相同的器件，造成極大的資源浪費；
（３）由于系統的封閉性，所以從業主選擇了產品后，系統的設計、供貨、調試到以后的維護、擴展、升級都只能由廠商來完成，業主毫無自由度可言，只能被動接受，最初的投資不能得到有效的保護；
（４）隨著計算機技術和網絡技術的迅猛發展，封閉的系統限制了建筑物智能化產品的更新換代，只有開放的系統才能為用戶提供真正的低成本產品。
今天，建筑物業主和管理者正在尋找一種建筑物控制系統。這種控制系統是一個開放的、可互操作的控制系統，它可以把來自多家廠商的暖通空調、照明、消防、安保、門禁、給排水和電梯等設備一體化地集成在這個控制系統中。就像在計算機市場上ＰＣ機帶來的浪潮一樣，開放的、可互操作的控制系統的使用可以為用戶在系統的整個生命周期內降低系統安裝費用、提高系統性能、節約運行費用。另外，在一個控制系統中多廠商產品的一體化集成需要采用一個統一的通信協議，通過使用相同的通信協議，就可以取消昂貴的用戶硬件、軟件和網關等設備。
目前，美國Ｅｃｈｅｌｏｎ公司推出的ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術使上述目標成為現實。ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術是開放系統的一種完整的解決方案。
神經元芯片和Ｌｏｎ Ｔａｌｋ協議是ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術的核心，下面分別進行分析。
二、神經元芯片（Ｎｅｕｒｏｎ Ｃｈｉｐ）
使用ＣＭＯＳ ＣＬＳＩ技術的神經元芯片使實現低成本的控制網絡成為可能。神經元芯片是高度集成的，內部包含三個８位的ＣＰＵ。第一個ＣＰＵ為介質訪問處理器，處理Ｌｏｎ Ｔａｌｋ協議的第１～第２層；第二個ＣＰＵ為網絡處理器，處理Ｌｏｎ Ｔａｌｋ協議的第３層～第６層，進行網絡變量的處理、尋址、事務處理、證實、背景診斷、軟件定時器、網絡管理和函數路徑選擇等；第三個ＣＰＵ為應用處理器，它執行由用戶編寫的代碼及用戶代碼所調用的操作系統服務。Ｎｅｕｒｏｎ芯片的編程語言為Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ，它是從ＡＮＳＩ Ｃ中派生出來的，并對ＡＮＳＩ Ｃ進行了刪減和增補。
Ｎｅｕｒｏｎ芯片可以通過５個通信管腳與網絡上的其它節點交換信息，也可以通過１１個應用管腳與現場的傳感器和執行器交換信息。１１個應用管腳具有３４種應用操作模式，可以在不同的配置下為外部提供靈活的接口和芯片內部的計時器應用。
三、 Ｌｏｎ Ｔａｌｋ協議
Ｌｏｎ Ｔａｌｋ協議遵循ＩＳＯ定義的開放系統互連（ＯＳＩ）模型，并提供了ＯＳＩ參考模型所定義的全部７層服務。它具有以下的特點：
（１）Ｌｏｎ Ｔａｌｋ協議支持包括雙絞線、電力線、無線、紅外線、同軸電纜和光纖在內的多種傳輸介質
（２）Ｌｏｎ Ｔａｌｋ應用可以運行在任何主處理器（Ｈｏｓｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）上。主處理器（微控制器、微處理器、計算機）管理Ｌｏｎ Ｔａｌｋ協議的第６層和第７層并使用ＬｏｎＷｏｒｋｓ網絡接口管理第１層～第５層；
（３）Ｌｏｎ Ｔａｌｋ協議使用網絡變量與其它節點通信。網絡變量可以是任何單個數據項也可以是結構體，并都有一個由應用程序說明的數據類型。網絡變量的概念大大簡化了復雜的分布式應用的編程，大大降低了開發人員的工作量；
（４）Ｌｏｎ Ｔａｌｋ協議支持總線型、星型、自由拓撲等多種拓撲結構類型，極大地方便了控制網絡的構建。
到目前為止，全世界安裝的ＬｏｎＷｏｒｋｓ節點已涉及到包括建筑、家庭、工業、通訊和交通等在內的多個行業。ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術是支持完全分布式的網絡控制技術，是開放的、可互操作的控制系統的一個技術平臺。
采用ＬｏｎＷｏｒｋｓ網絡使得從封閉的依賴于單個廠商的控制系統到完全可以互操作的智能樓宇自動化系統的轉變成為現實。作為智能樓宇自動化產品的開發者或系統集成者，可以以ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術為依托，開發ＬｏｎＷｏｒｋｓ兼容的通用智能控制節點、各種專用節點，以及各種智能傳感器、執行器；也可以從ＬｏｎＷｏｒｋｓ兼容的不同ＯＥＭ廠商的硬件和軟件中按照應用的要求配置靈活選用，完全沒有必要依賴于單一的貨源。ＬｏｎＷｏｒｋｓ的開放性和互操作性使得不同廠商的產品很容易集成于一個功能齊全，結構靈活，容易安裝、維護和擴充的一體化的智能建筑管理控制系統。
下面對ＬｏｎＷｏｒｋｓ智能樓宇自動化系統的設計和實施分別進行討論。
四、 智能節點設計
一般說來，使用ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術組成的自動控制網絡中，檢測、控制點可分為四類，即數字量（開關量）輸入／輸出，模擬量輸入／輸出。在節點設計時，可以根據應用要求和器件能力，選擇各種輸入輸出的優化組合，形成系列產品。
４．１ 數字量（開關量）輸入節點
數字量（開關量）輸入節點主要用于檢測外部數字信號和具有開關狀態的信號，比如檢測繼電器的閉合狀態，某些開關的狀態，電平信號的輸入等，這類節點在設計過程中主要考慮的問題是如何將各種各樣的數字量和開關量轉換成Ｎｅｕｒｏｎ芯片能夠接收的信號，并且這類信號在輸入通道上要加光電隔離器，以提高節點運行的安全性和可靠性。
４．２ 數字量輸出節點
在ＬｏｎＷｏｒｋｓ網絡中，很多的控制機制都是通過數字量輸出節點來完成的，比如繼電器的驅動，各種顯示器的驅動等。在設計這類節點時，主要解決外部高電壓、大電流的提供問題。在電路中，同樣也需要進行光電隔離，來提高節點的可靠性和安全性。
４．３ 模擬量輸入節點
模擬量輸入節點主要用于采集網絡中的模擬信號。由于模擬信號種類繁多，如電壓信號、電流信號等，而這類信號根據應用的場合和使用的傳感器不同，其范圍也不盡相同，所以模擬量輸入節點的前端應增加信號整理電路，以使這些信號處于一個合理的范圍內，便于采集。由于Ｎｅｕｒｏｎ芯片所提供的Ｉ／Ｏ接口只有１１個引腳，所以在節點的設計中，大多都采用串行接口的Ａ／Ｄ轉換器，而Ｎｅｕｒｏｎ芯片中的ＩＯ８～ＩＯ１０提供了標準的ＳＰＩ總線，為串行Ａ／Ｄ到Ｎｅｕｒｏｎ芯片的連接提供了方便條件。當然，為了在節點中進一步提高數據采集速度，也可以使用并行接口的Ａ／Ｄ器件，只是這種器件連接到Ｎｅｕｒｏｎ芯片時，要使用較多的Ｉ／Ｏ口；另外在節點中使用串行Ａ／Ｄ器件可以比較容易地實現光電隔離，而使用并行Ａ／Ｄ時要實現光電隔離在速度和使用數量等方面比較困難。在進行模擬量輸入節點的設計時，還可以使用其他類型的Ａ／Ｄ變換形式，比方說在Ａ／Ｄ速度要求不高，精度要求較高的場合可以使用Ｖ／Ｆ變換來實現模擬量到數字量的轉換。
４．４ 模擬量輸出節點
模擬量輸出節點對于驅動某些控制設備是必需的，比如步進電機的控制、一些調節閥的控制等。與模擬量輸入節點一樣，在這類節點中使用最多的還是串行的Ｄ／Ａ變換器件。根據所控制對象的不同，可能要求模擬量輸出節點提供不同的信號，如電壓信號、電流信號等，所以在實際的設計中，要增加輸出信號整理電路。
４．５ 節點設計中的抗干擾措施
過程通道是前向接口（Ａ／Ｄ等）后向接口（Ｄ／Ａ等）與Ｎｅｕｒｏｎ芯片或Ｎｅｕｒｏｎ芯片之間進行信息傳輸的路徑，在過程通道中長線傳輸的干擾是主要因素。隨著系統主振頻率越來越高，系統過程通道的長線傳輸越來越不可避免。例如，按照經驗公式計算，當主機主振頻率為１ＭＨｚ時，傳輸線大于０．５ｍ或主振為４ＭＨｚ時，傳輸線大于０．３ｍ，即作為長線傳輸處理。為保證長線傳輸的可靠性，主要措施有光電耦合隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配等。比如在上述的節點設計中，一般都增加了光電隔離電路，一方面提高了節點的安全性，同時也增加了節點的抗干擾能力。在ＬｏｎＷｏｒｋｓ網絡中傳輸媒體大多使用雙絞線，它保證了信號傳遞的質量，從而可以使信號傳送到足夠遠的地點。另外在使用雙絞線時，網絡端點的阻抗匹配也是影響信號質量及傳輸距離的重要因素，在設計網絡時要格外注意。
五、 智能樓宇自動化系統實施
在實施樓宇自動化系統時，一般遵循下列步驟：建立控制邏輯；選擇控制節點和其它設備；網絡結構設計；布線、安裝、調試。
５．１ 建立控制邏輯
即定義監控對象，確定監控點以及監控對象與其他設備的通信方式。樓宇自動化系統一般監控對象包括：暖通空調、照明、保安門禁、火災報警、能源監測等系統，以及和大廈信息管理系統的接口。控制邏輯是根據應用系統的監控要求確定的，例如，公共地段的照明按時間開關，辦公室照明在有人進入時打開，公共門禁和ＨＶＡＣ按時間程序開關，保安系統使用動目標傳感器等。監控對象的性質和監控要求決定了監控點的數目和類型（模擬量輸入ＡＩ，模擬量輸出ＡＯ，數字量輸入ＤＩ，數字量輸出ＤＯ等），以及這些輸入輸出之間的關系。
５．２ 選擇控制節點及其它設備
在確定好控制邏輯之后，就可以開始選擇節點，選擇節點時，主要考慮采用何種節點才能適合應用要求。為簡單起見，我們將節點分為兩大類：通用節點和專用節點。通用節點是可以通過使用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ編程監測控制多個輸入／輸出點；專用控制節點是已經定義為某種專用的輸入／輸出（如ＤＩ、ＤＯ、ＡＩ、ＡＯ）。
通信類型即采用何種通信媒體（雙絞線自由拓撲結構、信道電源線、供電線、天線），要根據實際的需要和可能考慮。一般來說，雙絞線自由拓撲結構成本較低；信道電源線在需要使用電池或備用電源時比較適合；供電線在裝修改造的工程中可能比較經濟；天線在無法使用其他通信媒體時（例如無法連線時）提供解決辦法。在考慮通信類型時，還需要考慮是否需要采用路由器、網橋或重發器。
５．３ 網絡結構設計
確定每一個控制節點的位置、網絡中使用節點的數量及路由器、網橋和重發器的數量。網絡的構型，即是否要有多個域（Ｄｏｍａｉｎ）、子網（Ｓｕｂｎｅｔ）、組（Ｇｒｏｕｐ），哪些節點屬于哪個域和組，還有人機界面是否采用主監控ＰＣ等。
５．４ 布線、安裝、調試
布線是一項復雜的工程，樓宇自動化系統與結構化布線技術的結合使布線更加規范化。采用雙絞線自由拓撲結構收發器的ＬｏｎＷｏｒｋｓ節點很容易使用結構化布線的普通雙絞線或屏蔽雙絞線作為其通信媒體。除了網絡布線外，電源、傳感器、變送器、執行器的輸入／輸出連線、空調控制線、門鎖、照明設備控制線等都需要加以確定。在確定設備位置和布線要求后，制定布線計劃和細節，即可實施布線、安裝。調試過程是反復進行的過程，包括節點程序的調試、設備功能調試及網絡聯調。使用開發系統及網絡安裝調試工具進行網絡模擬調試，無疑可以減少現場安裝調試的工作量，從而節省調試成本。
六、 結束語
ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術體現了控制網絡技術發展的最新趨勢，它對控制領域各種不同應用的適應性，它提供的一體化解決辦法，它的無中心真正分布式控制模式，它的開放性、互操作性，以及它被工業界的廣泛接受，成為控制網絡的實際主流標準，使得基于ＬｏｎＷｏｒｋｓ平臺開發真正一體化的智能建筑管理控制系統，不但是現實可行的，而且具有廣闊前景。
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