專利名稱：：智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于總線網(wǎng)絡形式的智能家庭系統(tǒng)
技術領域：
，特別涉及用于將家庭設備與智能家庭內部的總線相連，協(xié)助家庭設備完成總線上的數(shù)據(jù)通訊，并對家庭設備執(zhí)行相應的操作的家庭總線接口單元設計。二、家居安全家庭內部出現(xiàn)的緊急情況(如火災)能自動向主人手機或管理中心報警；家庭成員的醫(yī)療求助信息能遠傳到社區(qū)醫(yī)療中心；門廳或窗戶的監(jiān)盜情況能傳到物業(yè)管理中心。三、能源管理三表(電表、天然氣表、水表)自動顯示并抄送到管理中心，免除物業(yè)干擾；定時開關供暖通路及天然氣，節(jié)約費用和保證安全。當前許多智能家庭系統(tǒng)，采用集中式控制，例如家用電器集中控制系統(tǒng)(申請?zhí)?8110796.6)，這種集中控制的方式，給工程布線帶來了一定的難度，而且這種系統(tǒng)的可靠性不好，一旦集中控制單元出現(xiàn)問題，那么系統(tǒng)就處于癱瘓狀態(tài)。近期出現(xiàn)一些智能家庭系統(tǒng)，用無線通訊代替了常規(guī)的數(shù)據(jù)線通訊，但是還都是采用集中式控制的方式，系統(tǒng)的穩(wěn)定性還是沒有得到改善。目前也有人致力于分布式智能家庭系統(tǒng)的研究，例如易居時空公司，就是采用分布式總線控制系統(tǒng)，其采用四線制的總線，由它的網(wǎng)絡總線接口單元構成的家庭網(wǎng)絡結構如圖1所示。圖中，各個家庭設備分別與一個總線接口相連，各個總線接口分別與兩根電源線11、12及兩根數(shù)據(jù)線13、14相連。該系統(tǒng)的遙控器的工作原理如圖2所示，其中A是智能家庭網(wǎng)絡總線，X1是易居時空系統(tǒng)中的遙控器向系統(tǒng)的紅外接收模塊發(fā)出的信號，X2是模擬的實際家電遙控器所發(fā)出的信號。首先遙控器向系統(tǒng)發(fā)出控制信號X1，由網(wǎng)絡總線接口中配置的紅外接收模塊接收，經(jīng)過網(wǎng)絡接口單元的處理，通過網(wǎng)絡總線A中的數(shù)據(jù)線將信息傳達到連接紅外發(fā)送單元的網(wǎng)絡接口單元，再通過紅外發(fā)送單元模擬的實際家電遙控器所發(fā)出的信號，將遙控器的信息X2傳達給家庭電器和設備。上述技術還不成熟，其原因在于總線接口單元構成的系統(tǒng)中，集中式控制的系統(tǒng)，系統(tǒng)中各個設備功能和動作的協(xié)調是由集中控制器來完成的，在集中控制器的軟件中，存儲著各個設備和操作以及設備動作之間的聯(lián)系，由中央控制器來控制設備以及操作之間的邏輯關系。由于在集中控制系統(tǒng)中，邏輯關系統(tǒng)一存儲在一個處理器中，而且系統(tǒng)執(zhí)行的操作都是由一個處理器來協(xié)調控制的，所以，在集中控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的配置和實現(xiàn)并不很困難。然而在分布式系統(tǒng)中，系統(tǒng)中各個獨立單元要互相合作，那么每個單元必須存儲單元之間以及單元動作之間的邏輯關系，這就給分布式系統(tǒng)邏輯關系的配置、修改和維護帶來了一定的困難。一個系統(tǒng)中的邏輯關系的配置和存儲方式直接影響到系統(tǒng)的很多性能系統(tǒng)使用的簡便性、靈活性、易維護性和易修改性等。從易居時空的分布式總線控制系統(tǒng)可以得知其總線接口單元的缺點是第一，該總線接口單元所構成的系統(tǒng)，系統(tǒng)配置復雜系統(tǒng)沒有采用圖形畫的界面，而且配置時專業(yè)術語比較多，并沒有很好的屏蔽掉用戶和應用硬件之間的關聯(lián)。對這樣一來，系統(tǒng)對配置人員的基礎技術要求就比較高，對于沒有電器和控制常識或是對系統(tǒng)不熟悉的用戶來說，配置系統(tǒng)比較困難，并沒有滿足系統(tǒng)靈活方便的要求。說明其總線接口單元內部通訊機制不靈活。第二，這套系統(tǒng)的結構并不完善，通訊層次不分明。它的穩(wěn)定性不好，運行時經(jīng)常會錯誤，這說明總線接口單元沒有自動檢錯功能，第三，該總線接口單元所構成的系統(tǒng)采用四線制(485總線)，這樣做，使得布線并沒有做到最簡單，而且布線成本沒有降到最低(如利用兩根線，既傳輸節(jié)點電源又傳輸數(shù)據(jù)，能使得布線做到最簡單，而且布線成本降到最低)。第四，該系統(tǒng)中雖然有紅外遙控裝置，但是對家電的遙控，只是靠系統(tǒng)中的紅外模塊對家庭電器遙控器發(fā)出信號的單純模仿，并非真正將家電聯(lián)入家庭總線上來，而且數(shù)據(jù)通訊只是單向的，只能單向控制家電設備，無法對家庭系統(tǒng)中的設備狀態(tài)進行采集。說明其總線接口單元設計時功能并不完善。本發(fā)明提出一種智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，包括硬件結構及存儲在其中的軟件程序，其特征在于，所說的硬件結構包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和與其相連的通訊控制器，所說的通訊控制器為一中央處理器及存儲在其中的由系統(tǒng)程序和應用程序組成的軟件模塊，所說的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊由變壓器及分別聯(lián)接在其兩端的DC/DC變換器、電壓控制電路和信號處理電路構成；其中，該數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中的信號處理電路與所說的中央處理器通過發(fā)送、接收、控制三條通訊線路相連；數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中的電壓控制模塊與所說的中央處理器通過保存、復位、兩條控制線路相連；所說的中央處理器通過P物理外部接口和外部的設備相連接。所說的通訊控制器可采用的是Motorola68CH908GP32中央處理器芯片；所說的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用FZE1065芯片。所說的應用程序部分可包括應用程序與系統(tǒng)程序之間的接口參數(shù)、地址表、地址對象映射表、通信對象表、用戶應用程序、下載標志和校驗。所說的系統(tǒng)程序包括主程序和應用程序接口API函數(shù)；主程序包括系統(tǒng)初始化程序、常規(guī)檢測程序、串行接口通信協(xié)議、總線通信協(xié)議。所說的總線通信協(xié)議可采用符合ISO/OSI參考模型的六層結構，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、表示層及應用層。所說的所說的物理層可采用雙絞線作為傳輸介質作為信號線和節(jié)點的電源線，雙絞線上電壓為28V，采用基帶傳輸，采用歸零-脈寬編碼，總線上負向脈沖表示“0”，無脈沖表示“1”，信號傳輸速率為9600-20Kbps。所說的數(shù)據(jù)鏈路層可由邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質訪問控制子層(MAC)組成，該介質訪問子層采用帶優(yōu)先級的載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(C協(xié)議，數(shù)據(jù)鏈路層提供以下兩種服務有確認無連接服務、無確認無連接服務，數(shù)據(jù)鏈路層的差錯處理方法采用字節(jié)奇偶校驗、報文校驗和、有確認服務、發(fā)送方主動重傳機制等；所說的網(wǎng)絡層可采用在報文中加入路由數(shù)1-6來要進行控制，報文每通過一個轉發(fā)器時，路由數(shù)減1，路由數(shù)減至0時，到下一個路由器將放棄該報文。所說的傳輸層可包括組播、廣播、點對點無連接和點對點面向連接的四種連接方式。所說的應用層采用了通訊對象的方法來實現(xiàn)，它的作用就是管理通訊對象。本發(fā)明所述的全部軟件均可根據(jù)上述內容采用通用的編程方法及編程工具完成。本發(fā)明的特點及有益效果第一，本總線接口單元應用于總線式控制系統(tǒng)，每個單元都是通訊/控制的獨立單元，利用這種接口單元構造的總線式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)是分布式的，提高了系統(tǒng)的可靠性；第二，由本總線接口單元構成的系統(tǒng)采用的是兩線制，與四線制相比降低了工程布線成本；第三，由本總線接口單元構成的系統(tǒng)軟件設計完整、合理系統(tǒng)采用完整的通訊協(xié)議結構，通信協(xié)議符合ISO/OSI參考模型的六層即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、表示層及應用層；有通用的外部接口協(xié)議；系統(tǒng)具有自動檢錯功能?？偩€接口單元運行正確可靠。第四，本總線接口單元有通用的外部接口，有通用的外部接口協(xié)議，方便與家庭設備連接。第五，本總線接口單元的系統(tǒng)程序的總線通信協(xié)議規(guī)定，總線單元可以用組地址來定義家庭應用彼此之間的邏輯關系，并且可以采用圖形化配置環(huán)境來配置設備之間的邏輯控制關系，這簡化了系統(tǒng)配置、修改和維護，大大提高了系統(tǒng)的靈活性；第六，本總線接口單元配合紅外接收裝置，可以與智能家庭系統(tǒng)中的紅外遙控器進行雙向通訊，不但可以控制家庭總線上的設備，而且可以察看設備的狀態(tài)。第七，總線接口單元的系統(tǒng)軟件有自動檢測重啟功能；總線接口單元支持在線下載和編程，可隨時更新應用程序部分的數(shù)據(jù)；由于總線接口單元的結構完整、設計合理，所以它的穩(wěn)定性好，運行時不容易產(chǎn)生錯誤。采用本總線接口單元構成的智能家庭系統(tǒng)，相對其他智能家庭系統(tǒng)的設備，有以下的優(yōu)點1.總線形式，支持除了環(huán)形以外的各種拓撲結構，使得布線簡單方便；2.兩線傳輸，數(shù)據(jù)線和電源線共用，節(jié)約了布線成本；3.每個總線接口單元都是獨立的控制/通訊單元，構成分布式控制/通訊系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性；4.本總線接口單元的總線通信協(xié)議采用符合ISO/OSI參考模型的六層即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、表示層及應用層。數(shù)據(jù)鏈路層介質訪問子層采用了帶優(yōu)先級的載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)協(xié)議，傳輸層支持點到點面相連接的傳輸，組播和廣播三種傳輸方式，應用層采用了面向對象的設計思想，定義了應用互操作準則。采用兩種方式尋址組地址方式和物理地址方式，使得總線上支持多種報文格式，以適應不同通訊情況的需要；5.利用組地址來定義總線接口單元之間的邏輯關系，給系統(tǒng)帶來很大的靈活性，方便系統(tǒng)的配置、安裝和維護；6.本總線接口單元通用的外部接口有五路I/O口，并且支持模擬量和數(shù)字量的采集；7.利用外設外部硬件接口類型電阻，能靈活定義總線接口單元與外部設備的接口形式定義各路I/O口的輸入輸出情況、定義異步串行通訊形式、定義模擬量采集等。圖2為易居時空系統(tǒng)中遙控器的工作原理圖。圖3為本發(fā)明的總線接口單元硬件結構示意圖。圖4為本發(fā)明的通訊控制器模塊結構原理圖。圖5為本發(fā)明的總線接口單元的通用外部接口示意圖。圖6這本發(fā)明的收發(fā)模塊電路原理圖。圖7為本發(fā)明的總線接口單元軟件總體結構框圖。圖8為本發(fā)明的接收報文時三個表的應用流程框圖。圖9為本應用程序和系統(tǒng)程序之間的信息交互示意圖。圖10為本發(fā)明的軟件應用于發(fā)送組報文的工作流程框圖。圖11為應用本發(fā)明構成的系統(tǒng)拓撲結構示意圖。具體實施例方式本發(fā)明的智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元結合附圖及實施例對其構成及功能詳細描述如下本發(fā)明總線接口單元分別說明如下本發(fā)明的總線接口單元的硬件如圖3所示，由數(shù)據(jù)收發(fā)模塊41和與其相連的通訊控制器42兩個模塊組成。其中，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊41模塊中的信號處理模塊與通訊控制器42中的CPU通過31發(fā)送、32接收、33控制三條通訊線路相連。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊41模塊中的電壓控制模塊與通訊控制器42中的CPU通過34保存、35復位、兩條控制線路相連。通訊控制器42中的通用外部接口和外部的設備相連接。其中的通訊控制器的實施例采用的是Motorola68CH908GP32中央處理器(CPU)芯片，它完成的功能主要是運行存儲在其中的由系統(tǒng)程序、應用程序組成的軟件。其硬件包括8位中央處理器(CPU)及通用外部接口，其原理如圖4、5所示，說明如下1.8位中央處理器(CPU)；2.32K片內FLASH程序存儲空間(系統(tǒng)軟件占用約10K字節(jié)，另外有用戶應用程序空間)3.512字節(jié)的隨機存儲內存(RAM)；4.串行通訊接口如圖中端口D的1、2、3，采用同步或異步方式的；5.數(shù)字輸入、輸出口采用A口實現(xiàn)；6.模擬輸入口采用B口實現(xiàn)；7.下載時的指示燈采用C口1實現(xiàn)，控制指示燈的開關采用C口0實現(xiàn)。本發(fā)明的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊42中的通用外部硬件接口模塊，它完全符合TTL門的標準。通用外部接口是在總線接口單元和應用模塊間的標準接口模塊，對外提供10個通用接口。其引腳的連接如圖5(a)左半部分所示，其中，接口1為接地(GND)口，接口2為I/O或RDI口，接口3為I/O或SCLK口，接口4為I/O或TDO口，接口5為+5V電源口，接口6為外部類型口，接口7為I/O或CTS口，接口8為+24V電源口，接口9為I/O或RTS口，接口10為接地(GND)口。為完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿眨?個外部硬件接口(2，3，4，7，9)用來實現(xiàn)不同的功能。它能夠完成的功能有1.5通道的數(shù)字輸入/輸出；2.5通道模擬輸入；3.串行接口，可以在同步或者異步方式下運行。通用外部接口嵌合在總線接口單元的外殼上，如圖4(a)左半部分所示。通用外部接口除了在總線接口單元和應用模塊之間進行數(shù)據(jù)傳輸之外，應用模塊還可以通過通用外部接口由總線接口單元供電?？偩€接口單元提供+5V和+24V的供電電壓?？偩€接口單元通過通用外部接口的6號管腳識別外部應用模塊類型。為了達到這個目的，每一個外部應用模塊都在5號腳和6號腳之間連接有一個標識電阻R1——接口類型電阻，接口類型電阻R1和第二個安裝在總線接口單元上面的電阻R2共同構成分壓裝置，如圖4(b)所示?？偩€接口單元測量第六個管腳的電壓得到它的A/D轉換值，并且與接口類型電阻所表示的類型進行比較。這個過程可以防止應用程序在一個合適的應用模塊被裝載之前啟動。另外用戶通過在外部接口上設置不同的接口類型電阻來獲得不同的應用(如數(shù)字量2輸入3輸出、數(shù)字量1輸入4輸出、異步串行輸入輸出等)。通用外部接口可以通過外部應用模塊連接燈、開關、家電等外部設備。本發(fā)明的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的實施例采用FZE1065芯片，該芯片包括變壓器、DC/DC變換器、電壓控制電路及信號處理電路，，其電路原理圖如圖6所示，它所完成的主要功能有1.隔離電源和數(shù)據(jù)；2.為通訊控制器進行信號處理；3.提供+5伏的操作電壓；4.提供+24伏的電壓；5.監(jiān)控總線電壓和操作電壓。6.芯片F(xiàn)ZE1065的enable引腳是允許發(fā)送控制端。通訊控制器模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)流從send引腳送入芯片F(xiàn)ZE1065，通過芯片的sink和source引腳輸出，最后通過耦合線圈U2耦合到總線上。7.芯片接收不受到enable引腳的控制。總線上的數(shù)據(jù)信號通過耦合線圈進入芯片的sink和source引腳，芯片的qrec引腳輸出數(shù)據(jù)流給通訊控制器模塊。8.總線通過芯片的vpbus引腳，給芯片以及后面的電路提供電能。芯片產(chǎn)生+5v電壓通過引腳20給后面電路提供電源。9.當芯片輸出+5v電壓低于+4.5v時候，芯片1065的reset引腳輸出reset信號(低電平)，給后面的通訊控制器模塊使微處理器復位。10.當總線電壓低于+20v時候，芯片1065的save引腳輸出save信號(低電平)。應用本發(fā)明數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，使得系統(tǒng)能夠采用兩線制，就是數(shù)據(jù)線和電源線共用，在電源線上進行數(shù)據(jù)的傳輸。這樣簡便了布線的過程，降低了工程布線的成本。本實施例總線接口單元的軟件主要包括應用程序部分和系統(tǒng)程序部分，如圖7所示。(1)應用程序部分包括應用程序與系統(tǒng)程序之間的接口參數(shù)—系統(tǒng)參數(shù)、三個表(地址表、地址對象映射表、通信對象表)、用戶應用程序、下載標志和校驗和等，其中的下載標志用于標志應用程序部分是否已下載到總線接口單元中；校驗和主要是指存儲應用程序部分的存儲器單元內容的校驗和(即將個存儲單元內容依次相加得到的和)，用于校驗運行中的存儲器單元內容錯誤。應用程序的主要功能是將外部接口的用戶請求通過通信對象傳達給系統(tǒng)程序，并將系統(tǒng)程序的請求傳送給用戶。應用程序中的三個重要的表格為地址表、關聯(lián)表和通訊對象屬性表。這三個表放在總線接口單元的存儲器中，地址表存放著所有涉及到的組地址；對象屬性表中存放著所有通訊對象的屬性單元；而關聯(lián)表存放的是通訊對象和組地址之間的對應關系。關聯(lián)表是通訊對象表和地址表之間的一座橋梁，三個表聯(lián)合工作，才能正確地完成組聯(lián)系和通訊對象之間的轉換。(2)系統(tǒng)程序為一個多任務操作系統(tǒng)，主要功能是完成應用程序與串行接口或總線之間的請求傳送，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理。包括主程序和應用程序接口函數(shù)(API)主程序主要包括系統(tǒng)初始化程序、常規(guī)檢測程序、串行接口通信協(xié)議、總線通信協(xié)議。系統(tǒng)初始化程序包括CPU的常規(guī)初始化、變量初始化等；常規(guī)檢測程序主要是檢測應用程序部分、外部接口電阻類型、報文等是否正確，以保證程序的正常運行；串行接口通信協(xié)議主要是用來實現(xiàn)總線接口單元與外部設備進行數(shù)據(jù)通訊；總線通信協(xié)議主要是用來實現(xiàn)總線接口單元之間的數(shù)據(jù)通訊，總線通信協(xié)議符合ISO/OSI參考模型的五層即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、表示層及應用層。數(shù)據(jù)鏈路層介質訪問子層采用了帶優(yōu)先級的載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)協(xié)議，傳輸層支持點到點面相連接的傳輸，組播和廣播三種傳輸方式，應用層采用了面向對象的設計思想，定義了應用互操作準則。采用兩種方式尋址組地址方式和物理地址方式。本總線接口單元的總線通信協(xié)議采用符合ISO/OSI參考模型的六層即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、表示層及應用層。數(shù)據(jù)鏈路層介質訪問子層采用了帶優(yōu)先級的載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)協(xié)議，傳輸層支持點到點面相連接的傳輸，組播和廣播三種傳輸方式，應用層采用了面向對象的設計思想，定義了應用互操作準則。采用兩種方式尋址組地址方式和物理地址方式，使得總線上支持多種報文格式，以適應不同通訊情況的需要；總線通信協(xié)議的六層詳細說明如下物理層采用雙絞線作為傳輸介質，作為信號線和節(jié)點的電源線，雙絞線上電壓為28V。采用基帶傳輸，編碼方式采用歸零-脈寬編碼，總線上負向脈沖表示“0”，無脈沖表示“1”。信號傳輸速率為9600-20Kbps。發(fā)送到總線上的每一個字節(jié)都有一位起始位、停止位和校驗位。數(shù)據(jù)位傳輸?shù)捻樞蚴怯傻臀婚_始依次傳輸，直至結束。字節(jié)的傳輸順序也是由低位開始依次傳輸，直至結束。數(shù)據(jù)鏈路層包括邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質訪問控制子層(MAC)。LLC子層負責將物理層的比特組成幀、檢查接收幀的格式和目的地址、檢測傳送錯誤并重發(fā)幀、調整幀的流速以協(xié)調快速發(fā)送方和慢速接收方等。MAC子層主要用來解決多個發(fā)送節(jié)點共享同一信道的問題，另外MAC還要解決不同幀之間的時延，目的也是為了減少沖突和使各節(jié)點發(fā)送機會比較均等。采用帶優(yōu)先級的CSMA/CA算法，即可避免沖突的載波監(jiān)聽多路訪問。幾個總線接口單元可能同時開始傳送。根據(jù)CSMA/CA算法，為了避免由于沖突而使幀被破壞，一個傳送單元必須檢查每一位，看線路是否忙或有沖突出現(xiàn)。如果物理層指示線路忙或有沖突出現(xiàn)，則說明有高優(yōu)先級的幀正在傳送。為避免進一步?jīng)_突，傳送必須立即停止。幀中所有已發(fā)送的部分會被認為是正在發(fā)送的高優(yōu)先級幀的一部分。數(shù)據(jù)鏈路層提供以下兩種服務有確認無連接服務、無確認無連接服務。差錯處理采用字節(jié)奇偶校驗、報文校驗和、有確認服務、發(fā)送方主動重傳機制等。網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層位于傳輸層和鏈路層之間，主要解決子網(wǎng)之間以及子網(wǎng)與外部網(wǎng)之間的路徑選擇問題。a.考慮到網(wǎng)絡的通信能力和以后的可擴展性，網(wǎng)絡節(jié)點地址定義為16位；b.網(wǎng)絡層設計需要避免循環(huán)報文的產(chǎn)生。當報文通過總線之間的轉發(fā)器時，為避免產(chǎn)生循環(huán)報文，要對其進行路由控制。具體解決方法就是在報文中加入路由數(shù)1-6來控制，報文每通過一個耦合器或轉發(fā)器時，路由數(shù)減1，路由數(shù)減至0時，到下一個路由器將放棄該報文。這樣報文最多可以通過6個耦合器或轉發(fā)器，因此設計系統(tǒng)拓撲結構時，要注意到這一點。網(wǎng)絡層需要將傳輸層傳遞過來的數(shù)據(jù)幀TPDU進行組裝，形成網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)幀NPDU。傳輸層傳輸層提供四種不同的連接關系(1)點到多點無連接方式(組播)采用組地址方式實現(xiàn)點到多點傳輸，如將電視的開關與背景燈設置為一個組，則可以實現(xiàn)電視的開關與背景燈亮度調節(jié)的聯(lián)動。(2)點到所有點無連接方式(廣播)采用組地址方式且組地址為0。(3)點對點無連接方式(4)點對點面向連接方式該傳輸方式為面向連接(有連接)的服務，能夠保證很高的傳輸服務質量，如傳送設備初始化信息到主控設備、網(wǎng)絡升級設備應用程序等；對于點到點面向連接的傳輸采用有確認、主動重傳機制來保證控制通道信號的準確性。表示層表示層解釋應用層提出的傳輸請求，并準備好數(shù)據(jù)給下面各層，供它們一步一步產(chǎn)生報文。應用層數(shù)據(jù)稱為APDU(ApplicationLayerProtocolDataUnit)。應用層應用層采用了通訊對象的方法來實現(xiàn)，它的作用就是管理通訊對象。應用層將連接號轉換為通訊對象號，它并且處理收到的報文，更新通訊對象的值并且置更新標志。本實施例系統(tǒng)程序中的應用程序接口函數(shù)(API)包括一些被應用程序經(jīng)常調用的函數(shù)，如實現(xiàn)A/D轉換的函數(shù)、對總線接口單元的外部接口進行操作的函數(shù)等。這些函數(shù)由系統(tǒng)程序提供。系統(tǒng)程序中，不只有組報文一種通訊方式，還為應用程序下載和遙控器調配系統(tǒng)功能等大數(shù)據(jù)量傳輸方式做了專門的設計即面向連接的數(shù)據(jù)傳輸——系統(tǒng)采取了先建立連接通道，然后發(fā)有序幀的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。本實施例的系統(tǒng)程序在接收組報文、更新通訊對象值時三個表的工作流程如圖8所不步驟1)當家庭總線網(wǎng)絡上的總線接口單元接收到組報文時，系統(tǒng)程序在它的地址表中查對此報文中的組地址；步驟2)如果此組地址在該總線接口單元的地址表中，則根據(jù)組號到關聯(lián)表中查找此組地址對應的相關連接；步驟3)根據(jù)關聯(lián)表中找到的此組地址的相關連接，查找組地址對應的通訊對象，也就是這或這些通訊對象的狀態(tài)值需要更新；步驟4)在對象屬性表中根據(jù)上一步找到的對象號，讀取需要被更新的通訊對象的屬性，根據(jù)報文中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內容，進行相應的更新操作。發(fā)送組報文的過程正好與此相反，首先在關聯(lián)表中找到要發(fā)送數(shù)據(jù)的通訊對象所對應的組號，然后根據(jù)組號，在地址表中查找其相對應的組地址。地址表、關聯(lián)表和通訊對象屬性表，這三個表的應用，不但建立了通訊對象與組地址之間的聯(lián)系，更重要的是，通過它們和組概念的運用，使一些資源得到了更好的復用，提高了系統(tǒng)資源的共享能力，節(jié)省了總線接口單元的存儲空間。這也是采用組關聯(lián)的一個優(yōu)點。本實施例是采用改變標志位和通訊對象值來實現(xiàn)應用程序和系統(tǒng)程序之間的信息的交互的，其結構圖如圖9示。通訊對象有更新標志、發(fā)送狀態(tài)標志和數(shù)據(jù)請求標志，系統(tǒng)程序和應用程序對通訊對象標志的狀態(tài)進行檢測，并且修改標志的值，用來傳遞消息，根據(jù)標志的改變，執(zhí)行相應的操作。應用程序通過通訊對象(communicationobject)實現(xiàn)通訊。通訊對象是一種數(shù)據(jù)結構，它的通訊對象值可以通過系統(tǒng)被傳送或更新。總線接口單元中的所有通訊對象組成一個通訊對象表，通訊對象表的第一個字節(jié)為表中所包含通訊對象描述體的個數(shù)。第二個字節(jié)為指向RAM標記表(RAMflagtable)的指針，每個RAM標記包括三個標志更新標志、數(shù)據(jù)請求標志、發(fā)送狀態(tài)標志。接下來的字節(jié)為通訊對象描述體(objectdescriptors)，通訊對象描述體用來描述對應通訊對象的特征屬性，包括兩個字節(jié)配置字節(jié)(theconfigbyte)和類型字節(jié)(thetypebyte)。一個發(fā)送通訊對象的值可以通過組報文從發(fā)送設備傳送給屬于同一組的所有設備。在所有收到這一組報文的設備中，對應的通訊對象值將會被更新。為了通過組報文傳送一個通訊對象值，系統(tǒng)軟件必須知道哪一個組地址屬于這個通訊對象。為了這一目的，使用另外兩張表地址表(addresstable)和關聯(lián)表(associationtable)。地址表包含總線接口單元所使用的所有地址，而關聯(lián)表將組地址和通訊對象聯(lián)系在一起。一個通訊對象可以用來描述一種應用，例如一個通訊對象可以表示(1)一個開關的狀態(tài)(2)一個測量值(例如溫度、亮度等)通訊對象聯(lián)系了應用程序和系統(tǒng)程序。本實施例的全部軟件均可根據(jù)上述內容采用通用的編程方法及編程工具完成。綜上所述，本實施例的總線接口單元，以Motorola68CH908GP32芯片為中央處理器，以多任務的實時性操作系統(tǒng)為其軟件操作系統(tǒng)?？偩€接口單元利用自身的收發(fā)數(shù)據(jù)模塊，通過結構完整的通訊協(xié)議的控制來進行總線上的數(shù)據(jù)傳輸?？梢娒總€總線接口單元都是獨立的控制/通訊單元，由他構造的總線網(wǎng)絡系統(tǒng)，是分布式的。由它構成的網(wǎng)絡系統(tǒng)可以是多種拓撲結構，例如星型，如圖10的a所示，線型如圖10的b所示，樹形如圖10的c所示，以及混合型如圖10的d所示等，圖10的各小圖中，小方塊表示接口單元，實線表示網(wǎng)絡總線。應用本實施例通過總線進行數(shù)據(jù)通訊的流程，如圖11所示，說明如下(以發(fā)送組報文為例)總線接口單元內部的應用程序完成的功能包括1.判斷通訊對象狀態(tài)是否改變，實際上就是檢測與它連接的網(wǎng)絡上末端節(jié)點是否有動作；2.如果狀態(tài)改變，則更新該通訊對象的值；3.置與該通訊對象相對應的對象數(shù)據(jù)傳輸請求標志；總線接口單元內部的系統(tǒng)程序完成的功能包括4.檢測所有對象標志，判斷是否有通訊對象要求發(fā)送數(shù)據(jù)；5.如果有發(fā)送數(shù)據(jù)請求的通訊對象，則通過對象屬性表、關聯(lián)表和地址表來讀取該對象的值、屬性及其對應的組地址，組織報文；6.傳送報文；7.清除發(fā)送數(shù)據(jù)對象的數(shù)據(jù)發(fā)送請求標志，以便響應下一次數(shù)據(jù)發(fā)送請求。接收組報文的過程與發(fā)送相反，首先總線接口單元內部的系統(tǒng)程序根據(jù)它的地址表來判斷是否接受此報文。如果接受此報文，則根據(jù)報文中的組地址在自身的存儲空間中尋找所有與之相應的通訊對象，更新這些對象的值，并置更新標志；系統(tǒng)軟件檢測到更新標志，根據(jù)這些更新后的值，進行相應的操作。發(fā)送組報文和接收組報文聯(lián)合起來，就是完整的數(shù)據(jù)通訊。本發(fā)明的總線接口單元間邏輯關系的定義說明如下用本發(fā)明總線接口單元組成的總線網(wǎng)絡系統(tǒng)，利用了組關聯(lián)來定義家庭設備應用之間的邏輯關系。首先定義了通訊對象的概念，用來抽象家庭設備的應用，而在數(shù)據(jù)通訊意義上講，通訊對象就是變量的傳輸器。例如一個開關可以抽象成一個通訊對象來描述。不同通訊對象的值可能是不同的類型，例如燈的值是開關量，1個bit就可以了；而調光器需要用一個絕對的值來調節(jié)燈光的亮度，可能是一個byte。為了解決這個問題，系統(tǒng)給每個通訊對象建立一個屬性單元。在通訊對象的屬性單元中，完成對通訊對象值的類型、存儲地址、通訊對象數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)先級、讀寫使能等屬性的定義。組，是一種功能的集合體，是家庭網(wǎng)絡上末端節(jié)點邏輯關系的體現(xiàn)，是這個協(xié)議的重要概念。例如，在智能家庭系統(tǒng)中，設置一個開關，負責所有設備的全開全關，以方便用戶對家電的管理。這樣，所有設備各自對應的通訊對象與這個開關對應的通訊對象在邏輯上就組成了一個組，給它們設置一個相同的邏輯地址，也就是組地址。當開關的狀態(tài)(開/閉)改變時，系統(tǒng)將開關對應的通訊對象改變后的狀態(tài)值，發(fā)送給同組的通訊對象(所有家電設備)，這些對象根據(jù)接收的狀態(tài)值，執(zhí)行相應的操作(開/閉)。家庭網(wǎng)絡上的通訊對象是通過報文來進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。目的地址為組地址的報文，稱之為組報文。組報文被同一組(組地址相同)的所有的通訊對象同時接收和處理。通訊對象值主要是通過組報文來傳輸，智能家庭網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)傳輸，大部分都是組報文的形式。組，實現(xiàn)了通訊對象之間的邏輯聯(lián)系。給一組相互關聯(lián)的通訊對象配置同一組地址，就可以使它們互相合作，完成用戶要實現(xiàn)的功能組合。用戶可以自由配置通訊對象的組地址，當網(wǎng)絡上要加入新的末端節(jié)點或用戶想改變系統(tǒng)中節(jié)點的功能時，只要根據(jù)該節(jié)點要完成任務的邏輯關系，配置好該節(jié)點對應的通訊對象組的組地址，下載與其功能相應的應用程序即可，而其他軟、硬件都不需要變化。系統(tǒng)靈活地運用了組的概念，減小了數(shù)據(jù)通訊量，并且，通過對組關聯(lián)的調配，可以方便簡單地編輯、修改、增刪智能家庭網(wǎng)絡上末端節(jié)點的邏輯功能，滿足了智能家庭網(wǎng)絡需要能夠因地、因人制宜，隨人所愿地配置系統(tǒng)功能等個性化要求。由于本發(fā)明的總線接口單元有通用外部接口，所以它可以配合多種外部設備實現(xiàn)多種多樣的功能。除了與外部家庭電器設備相連，它還可以外接紅外發(fā)送/接收裝置，與智能家庭系統(tǒng)的遙控器配合工作。這種遙控器，不同于其他智能家庭系統(tǒng)的遙控器，它可以完全實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通訊。遙控器可以發(fā)射紅外信號，向總線接口單元提出控制或查詢數(shù)據(jù)的要求，總線接口單元通過外界的紅外發(fā)送/接收裝置，收到遙控器的要求，按照要求類型來工作如果是控制要求，那么總線接口單元將控制動作編排成報文，傳送給相關的單元接收；如果是數(shù)據(jù)查詢請求，那么總線接口單元通過總線在家庭網(wǎng)絡上查詢相關數(shù)據(jù)，并通過外接的紅外發(fā)送/接收裝置，將數(shù)據(jù)傳送給遙控器。這樣就完成了雙向的數(shù)據(jù)通訊。智能家庭系統(tǒng)中，任意一個總線接口單元，只要它內部沒有用戶下載的應用程序，就可以作為總線上的串口單元，外接一個TTL門和232串口電壓轉換的串口模塊，就可以完成總線上的設備和計算機之間的串口通訊了。用戶系統(tǒng)配置后的程序就是通過這種方法下載到各個相應的總線接口單元中的。應用本發(fā)明的兩個接口單元組成的智能家庭系統(tǒng)(以一個開關控制一個燈為例，開關接在一個總線接口單元1上，燈接在另一個總線接口單元2上)通過通訊對象來實現(xiàn)各應用之間的通信具體描述如下總線接口單元1內部的應用程序完成以下功能(1)判斷通訊對象狀態(tài)是否改變，實際上就是檢測與它連接的網(wǎng)絡上末端節(jié)點是否有動作；(2)如果狀態(tài)改變，則更新該通訊對象的值；(3)置與該通訊對象相對應的對象數(shù)據(jù)傳輸請求標志；總線接口單元1內部的系統(tǒng)軟件完成以下功能(4)檢測所有對象標志，判斷是否有通訊對象要求發(fā)送數(shù)據(jù)；(5)如果有發(fā)送數(shù)據(jù)請求的通訊對象，則通過對象屬性表、關聯(lián)表和地址表來讀取該對象的值、屬性及其對應的組地址，組織報文；(6)傳送報文；(7)清除發(fā)送數(shù)據(jù)對象的數(shù)據(jù)發(fā)送請求標志，以便響應下一次數(shù)據(jù)發(fā)送請求。以下由總線接口單元2完成(1)當總線接口單元2接收到組報文時，系統(tǒng)軟件在它的地址表中查對此報文中的組地址；(2)如果此組地址在該總線接口單元的地址表中，則根據(jù)組號到關聯(lián)表中查找此組地址對應的相關連接；(3)根據(jù)關聯(lián)表中找到的此組地址的相關連接，查找組地址對應的通訊對象，也就是這或這些通訊對象的狀態(tài)值需要更新；(4)在對象屬性表中根據(jù)上一步找到的對象號，讀取需要被更新的通訊對象的屬性，根據(jù)報文中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內容，對通訊對象值進行相應的更新操作。權利要求1.一種智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，包括硬件結構及存儲在其中的軟件程序，其特征在于，所說的硬件結構包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和與其相連的通訊控制器，所說的通訊控制器為一中央處理器及存儲在其中的由系統(tǒng)程序和應用程序組成的軟件模塊，所說的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊由變壓器及分別聯(lián)接在其兩端的DC/DC變換器、電壓控制電路和信號處理電路構成；其中，該數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中的信號處理電路與所說的中央處理器通過發(fā)送、接收、控制三條通訊線路相連；數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中的電壓控制模塊與所說的中央處理器通過保存、復位、兩條控制線路相連；所說的中央處理器通過通用外部接口和外部的設備相連接。2.如權利要求1所述的智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，其特征在于，通訊控制器的實施例采用的是Motorola68CH908GP32中央處理器芯片；所說的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用FZE1065芯片。3.如權利要求1所述的智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，其特征在于，所說的應用程序部分包括應用程序與系統(tǒng)程序之間的接口參數(shù)、地址表、地址對象映射表、通信對象表、用戶應用程序、下載標志和校驗。4.如權利要求1所述的智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，其特征在于，所說的系統(tǒng)程序包括主程序和應用程序接口API函數(shù)；主程序包括系統(tǒng)初始化程序、常規(guī)檢測程序、串行接口通信協(xié)議、總線通信協(xié)議。5.如權利要求4所述的智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，其特征在于，所說的總線通信協(xié)議采用符合ISO/OSI參考模型的六層結構，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、表示層及應用層。6.如權利要求5所述的智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，其特征在于，所說的所說的物理層采用雙絞線作為傳輸介質作為信號線和節(jié)點的電源線，雙絞線上電壓為28V，采用基帶傳輸，采用歸零-脈寬編碼，總線上負向脈沖表示“0”，無脈沖表示“1”，信號傳輸速率為9600-20Kbps。7.如權利要求5所述的智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，其特征在于，所說的數(shù)據(jù)鏈路層由邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質訪問控制子層(MAC)組成，該介質訪問子層采用帶優(yōu)先級的載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(C協(xié)議，數(shù)據(jù)鏈路層提供以下兩種服務有確認無連接服務、無確認無連接服務，數(shù)據(jù)鏈路層的差錯處理方法采用字節(jié)奇偶校驗、報文校驗和、有確認服務、發(fā)送方主動重傳機制等；8.如權利要求5所述的智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，其特征在于，所說的網(wǎng)絡層采用在報文中加入路由數(shù)卜6來要進行控制，報文每通過一個轉發(fā)器時，路由數(shù)減1，路由數(shù)減至0時，到下一個路由器將放棄該報文。9.如權利要求5所述的智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，其特征在于，所說的傳輸層包括組播、廣播、點對點無連接和點對點面向連接的四種連接方式。10.權利要求5所述的智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元，其特征在于，所說的應用層采用了通訊對象的方法來實現(xiàn)，它的作用就是管理通訊對象。全文摘要本發(fā)明屬于總線網(wǎng)絡形式的智能家庭系統(tǒng)領域,為一種智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)總線接口單元,包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和與其相連的通訊控制器及存儲在其中的由系統(tǒng)程序和應用程序組成的軟件模塊,數(shù)據(jù)收發(fā)模塊由變壓器及分別聯(lián)接在其兩端的DC/DC變換器、電壓控制電路和信號處理電路構成;其中,該數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中的信號處理電路與通訊控制器通過發(fā)送、接收、控制三條通訊線路相連;數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中的電壓控制模塊與通訊控制器通過保存、復位、兩條控制線路相連;本發(fā)明通過通訊控制器的通用外部接口和外部的設備相連接。利用這種接口單元可構造分布式的、采用兩線制的網(wǎng)絡控制系統(tǒng),具有自動檢錯功能、可靠性高、工程布線成本低、方便與家庭設備連接的優(yōu)點。文檔編號G06F13/42GK1380613SQ0211732公開日2002年11月20日申請日期2002年5月17日優(yōu)先權日2002年5月17日發(fā)明者楊士元,葉朝輝,徐海,謝宇俊,潘龍,董煒,熱娜古麗申請人:清華大學,清華同方股份有限公司