專利名稱：基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統的制作方法
技術領域：
本發明屬樓宇自控的技術范疇，特別是指基于BACnet和EIB協議的樓宇自控技術及其雙協議轉換方法。
背景技術：
樓宇自控領域中，BACnet和EIB協議是贏得廣泛認同和應用的兩大主流國際標準。歐洲安裝總線(EIB)由Siemens、ABB等企業首先提出，1990年成立的EIBA為EIB 的管理機構，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規范的系列產品，目前已占據歐洲樓宇自動化設備80%的市場。1999年，以EIB為基礎、汲取歐洲另兩個樓宇自控協議(BatiBus和EHSA)配置模式等優點，提出了 KNX/EIB協議。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， 協議具有結構簡單、高效穩定的優異特性，是生產高性價比和高可靠性樓宇自控產品的技術支撐和保障。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議，采用獨特的組(邏輯)地址高效通信機制，并將樓宇自控產品簡化成兩類命令發送者一傳感器， 命令接收者一執行器；上述考量對于開關量或復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經濟優勢；但當EIB拓展至復雜控制系統時，如供暖制冷及空調系統(HVAC&R)，EIB產品受制于協議自身的局限性，始終難有大的作為；EIB協議體系框架內實施HVAC&R工程時，所需的復雜控制功能往往只能求助EIB監控中心、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，導致系統復雜度的增大、可靠性和效率的下降。1987年，美國供暖制冷及空調工程師協會ASHRAE提出BACnet協議；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協議批準成為國際標準IS016484—5 ；2009年10月，BACnet中國協會成立。BACnet源自HVAC&R 等控制的共性需求制定協議，將7層OSI模型精簡為4層低2層引入4種業已得到成功規模應用的物理層和數據鏈路層協議，以適應不同性價比及保護原有投資的訴求；根據樓宇自控網絡結構較固定的特征，BACnet網絡層功能進行了多方面的簡化一人工配置單一靜態路徑的路由表；對象、屬性、服務定義在BACnet的應用層，借鑒面向對象的設計理念、參照ISO 8824/8825 ASN. 1規則對自控設備進行統一的形式化描述，自控設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備的樓宇控制功能，直接模式與樓宇自控設備的通信及管理有關。BACnet沿襲工控領域的產品分類法，分為傳感器、執行器和控制器；在樓宇的HVAC&R工程系統中，相應的BACnet自控設備品種豐富、功能完備、性價比高，牢牢占據著市場的主導地位；但當BACnet涉足僅需簡單控制的系統時，如照明及百葉窗(窗簾)系統，BACnet產品亦受制于協議自身的局限性，多年來成效有限差強人意；BACnet協議體系框架內實施照明及百葉窗(窗簾)等工程時，一方面BACnet自控設備的復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院大樓就是一個典型案例。BACnet本質上是一個強設備控制、弱信息管理的協議，EIB卻是一個強信息管理、 弱設備控制的協議；因此，EIB在弱控制系統中呈現較大的優勢，在強控制系統中則優勢不在，而BACnet恰恰相反。合乎邏輯的結論是，或沿著現有技術路線圖，繼續改進BACnet和 EIB的短板產品，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，開發基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統。先后提出的工業控制現場總線協議達百種，目前有市場影響力的現場總線協議有十余種，立足特定工業領域需求制定的現場總線協議，在該工業領域中擁有比較優勢；盡管每種現場總線協議不斷吸取其它總線協議的精華，但并未出現期待的一統天下，因為不同的工業現場總線協議各有側重點、優劣點各異； 目前業內的共識是可預見期間內多種工業現場總線將維持并存的局面，工業現場總線協議的現狀具有普遍的意義，樓宇自控協議也概莫能外一多種樓宇自控協議將長期并存。樓宇自控協議的關注點是與hternet的連接，不同樓宇自控協議間的融合互補卻乏人問津， 本發明旨在補上這一課。樓宇自控協議互聯方面的代表性知識產權成果如下
發明專利“歐洲安裝總線系統的嵌入式因特網接入裝置”(ZL200710067887.6)，提出將EIB連接hternet的解決方案?！ぐl明專利“開放式樓宇自控網絡協議轉化裝置及轉化方法”(申請號 201010621123. 9)，提出BACnet/IP和BACnet/Ethernet網絡設備相互轉化的裝置及轉化方法。·發明專利“將BACnet協議轉換成ftx)fibUS協議的通訊協議轉換器“(申請號 200910100268. 1)，提出將BACnet協議轉換成ftx)fibus協議的通訊協議轉換器。上述有益探索，指出了 BACnet、EIB接入hternet，BACnet與ibus相連的技術路線，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議間的互聯融合，有必要在現有研究成果基礎上作深入的研究與創新。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，綜合BACnet和EIB兩種協議的優勢，提供一種基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統及其雙協議轉換方法。一種基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統由BACnet監控中心、BACnet/ IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 網橋、BACnet/ EIB 網關、BACnet/IS008802-3 設備節點、BACnet/LonTalk 設備節點、BACnet/PTP 設備節點、BACnet/MSTP設備節點、EIB總線設備節點組成；其中，BACnet監控中心通過BACnet/ MSTP 子網分別與 BACnet/IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、 BACnet 網橋、BACnet/EIB 網關相連，BACnet/IS008802_3 路由器通過 BACnet/IS008802_3 子網與各 BACnet/IS008802-3 設備節點相連，BACnet/LonTalk 路由器通過 BACnet/LonTalk 子網與BACnet/LonTalk設備節點相連，BACnet/PTP路由器通過BACnet/PTP子網與各 BACnet/PTP設備相連，BACnet網橋通過BACnet/MSTP子網與各BACnet/MSTP設備節點相連，BACnet/EIB網關通過EIB總線子網與各EIB總線設備節點相連；BACnet網橋連接相同數據鏈路層和物理層的BACnet子網，路由器連接不同數據鏈路層和物理層的BACnet子網， EIB總線子網與BACnet則借助BACnet/EIB網關進行連接；網關經MSTP模塊接入BACnet/ MSTP子網、經EIB總線耦合單元接入EIB總線子網；網關不僅執行BACnet網絡和EIB總線子網間的路由，而且具備BACnet和EIB兩種協議應用層數據的變換功能。BACnet/EIB網關電路的連接關系為處理器分別與存儲器、按鍵、顯示模塊、MSTP 模塊、串行PEI16協議轉換模塊相接；串行PEI16協議轉換模塊與EIB總線耦合單元相接， 并接入EIB總線子網；MSTP模塊由光電隔離單元和RS485單元組成，處理器經光電隔離單元和RS485單元相接，RS485單元接入BACnet/MSTP子網；所述的處理器是以ARM920T為內核的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系為串行/EIB協議轉換模塊分別與電源模塊、 時鐘發生器、串行同步接口模塊、串行通訊接口、監視/控制切換模塊、EIB雙絞線轉換模塊相連；EIB雙絞線轉換模塊與雙絞線電壓轉換模塊相連；所述的串行/EIB協議轉換模塊采用ZC441016CFN芯片，EIB雙絞線轉換模塊采用FZE1065E芯片，串行同步接口模塊采用 74HC164 芯片。BACnet/EIB網關的BACnet與EIB協議轉換方法如下
(1)BACnet/EIB網關的軟件由BACnet/EIB協議變換單元、BACnet報文解析單元和 EIB報文解析單元組成；BACnet/EIB協議變換單元包括雙協議地址變換模塊、雙協議APCI (Application-Layer Protocol Control ^formation，應用層協議控制信息)變換模塊和雙協議應用程序數據變換模塊，以及雙協議地址關聯表和雙協議APCI對照表；
(2)BACnet/EIB網關初始化配置時，EIB配置工具ETS為每個EIB設備地址表增設物理組地址供BACnet監控中心尋址；BACnet協議可變部分編碼通過在TLV編碼時添加“標記 (tag)”對不同功能和結構的樓控設備進行描述實現與EIB協議的變換；
(3)BACnet/EIB網關進行協議轉換時，BACnet/EIB網關從EIB總線子網接收EIB報文， EIB報文解/編模塊分拆EIB報文得到組地址、APCI和應用程序數據三部分；雙協議地址變換模塊借助雙協議地址關聯表，由組地址變換成BACnet地址；雙協議APCI變換模塊借助雙協議APCI對照表，把EIB協議的APCI變換成BACnet的APCI ；雙協議應用程序數據變換模塊則將EIB應用程序數據變換成BACnet應用程序數據；最后，BACnet報文解/編模塊匯對BACnet地址、BACnet的APCI和應用程序數據重新編碼，打包成BACnet報文發送至BACnet 網絡，經BACnet網絡至目標BACnet設備。EIB總線子網接收BACnet報文的過程與此相反。本發明與背景技術相比，具有的有益效果是
BACnet/EIB網關將強信息管理、弱設備控制的EIB系統融入強設備控制、弱信息管理的BACnet系統，協議互補性強、能充分發揮各自的長處，使基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統具有優異的性價比；網關初始化配置時，ETS為每個EIB設備的設備地址表增設一個特殊的組地址一物理組地址一供BACnet監控中心尋址，維護了 EIB系統的協議一致性和系統可靠性；網關的通信協議轉化和樓宇自控協議轉化采用分別獨立設計的方法，網關軟件的結構清晰、層次分明；BACnet協議固定編碼部分與EIB協議變換時，雙協議地址變換模塊借助雙協議地址關聯表、雙協議APCI變換模塊借助雙協議APCI對照表，通過高效的直接映射實現；BACnet協議可變部分編碼與EIB協議的變換，則應用“標記(tag)，，-TLV編碼方法實現，具有自描述功能的TLV能表征不同功能和結構的樓控設備。


圖1是基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統結構圖； 圖2是BACnet/EIB網關的電路框圖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網關的協議轉換框圖6是EIB的物理地址結構圖7是EIB的組地址結構圖8是EIB設備地址表的結構圖9是BACnet網絡層協議數據單元的結構圖10是MSTP數據幀的結構圖11是雙協議地址關聯表的屏幕編輯器；
圖12是EIB報文應用層協議數據單元的結構圖13是BACnet用戶數據(UD)編碼結構圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統由BACnet監控中心、 BACnet/IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 網橋、 BACnet/EIB 網關、BACnet/IS008802-3 設備節點、BACnet/LonTalk 設備節點、BACnet/PTP 設備節點、BACnet/MSTP設備節點、EIB總線設備節點組成；其中，BACnet監控中心通過 BACnet/MSTP 子網分別與 BACnet/IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/ PTP 路由器、BACnet 網橋、BACnet/EIB 網關相連，BACnet/IS008802_3 路由器通過 BACnet/ IS008802-3子網與各BACnet/IS008802-3設備節點相連，BACnet/LonTalk路由器通過 BACnet/LonTalk 子網與 BACnet/LonTalk 設備節點相連，BACnet/PTP 路由器通過 BACnet/ PTP子網與各BACnet/PTP設備相連，BACnet網橋通過BACnet/MSTP子網與各BACnet/MSTP 設備節點相連，BACnet/EIB網關通過EIB總線子網與各EIB總線設備節點相連；BACnet網橋連接相同數據鏈路層和物理層的BACnet子網，路由器連接不同數據鏈路層和物理層的 BACnet子網，EIB總線子網與BACnet則借助BACnet/EIB網關進行連接；網關經MSTP模塊接入BACnet-MSTP子網、經EIB總線耦合單元接入EIB總線子網；網關不僅執行BACnet網絡和EIB總線子網間的路由，而且具備BACnet和EIB兩種協議應用層數據的變換功能。BACnet采用精簡的4層OSI模型物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層；低層(物理和數據鏈路層)支持IS08802-3、MSTP, PTP和LonTalk。網絡層屏蔽不同局域網(子網) 低層協議的差異，通過將全局地址解析為局部地址的途徑，在多個子網間進行報文的網絡層路由；在報文目的地址所屬子網內實現報文目的地址設備的鏈路層路由，并向應用層提供統一的接口 ；BACnet規定人工配置BACnet設備節點之間唯一的靜態邏輯路徑，顯然路由就是最簡單可靠、高效的靜態單一路徑路由。BACnet的“地址”由兩部分組成每個子網的唯一標識符——網絡號，用于BACnet子網之間的路由；每個BACnet設備節點的MAC地址，用于BACnet子網內部的路由，將報文從一個設備節點路由到另一個設備節點。網橋連接的是采用相同數據鏈路層和物理層的BACnet子網，路由器用于連接不同數據鏈路層和物理層的BACnet子網；雖然不同的BACnet子網允許采用不同的或相同的數據鏈路層和物理層協議，但不同BACnet子網的網絡層和應用層卻是統一的、標準的BACnet網絡層和應用層。EIB總線子網與BACnet的連接只能借助BACnet/EIB網關，網關不僅具有BACnet路由器處理不同局域網MAC地址及路由的功能，更重要的是具備BACnet和EIB兩種協議應用層數據的變換功能。鑒于MSTP是BACnet獨有的、工程中使用頻率最高的數據鏈路層協議，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網關接入的BACnet子網數據鏈路層選擇MSTP ；路由器、網橋亦圍繞數據鏈路層為MSTP的BACnet子網展開。如圖2所示，BACnet/EIB網關電路的連接關系為處理器分別與存儲器、按鍵、顯示模塊、MSTP模塊、串行PEI16協議轉換模塊相接；串行PEI16協議轉換模塊與EIB總線耦合單元相接，并接入EIB總線子網；MSTP模塊由光電隔離單元和RS485單元組成，處理器經光電隔離單元和RS485單元相接，RS485單元接入BACnet/MSTP子網；所述的處理器是以 ARM920T為內核的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網關是連接EIB總線子網與BACnet的關鍵設備，它是一種將EIB融入BACnet的嵌入式設備，能充分發揮BACnet和EIB這兩種樓宇自控協議的優點、實現優勢互補，在BACnet上對EIB設備進行監控和管理。為保證足夠的存儲空間并考慮成本，設計時選用一片64MB的Nand FLASH K9F1208U0M作為唯一的系統程序存儲器(Nand FLASH的價格比Nor FLASH低，且S3C2410X 支持Nand FLASH直接啟動系統)。如果使用可讀寫的文件系統，用戶也可以隨時把數據存在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總線耦合模塊內部連接關系為串行/EIB協議轉換模塊分別與電源模塊、時鐘發生器、串行同步接口模塊、串行通訊接口、監視/控制切換模塊、EIB雙絞線轉換模塊相連；EIB雙絞線轉換模塊與雙絞線電壓轉換模塊相連。所述的串行/EIB協議轉換模塊采用ZC441016CFN芯片，EIB雙絞線轉換模塊采用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協議轉換模塊，該模塊輸出信號先后經過EIB雙絞線轉換模塊和雙絞線電壓轉換模塊將總線信號輸出至EIB總線網絡。進一步的技術細節詳見本課題組的發明專利，“歐洲安裝總線系統的嵌入式因特網接入裝置”(ZL200710067887. 6)。BACnet/EIB網關在BACnet網絡側作為一個BACnet設備，在EIB總線支網側則作為一個EIB設備存在；BACnet和EIB這兩個異構網絡通過BACnet/EIB網關互聯，雙向信息交互、抅成基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統?；贐ACnet和EIB協議的樓宇自控系統投運前有三項準備工作使用BACnet系統組態軟件(如加拿大DELTA公司的D0W-333-USB)對BACnet設備組態，包括BACnet/EIB網關，即將BACnet/EIB網關列入 BACnet網絡的設備；應用EIBA的ETS3. 2-2009組態軟件(組態工具)進行EIB設備的組態， 包括BACnet/EIB網關，即將BACnet/EIB網關列入EIB總線子網的設備；配置BACnet/EIB 網關。鑒于前兩項準備工作屬公知知識范疇，故本發明僅就第三點展開論述。如圖5所示， BACnet/EIB網關的BACnet與EIB協議轉換方法如下
(1)BACnet/EIB網關的軟件由BACnet/EIB協議變換單元、BACnet報文解析單元和 EIB報文解析單元組成；BACnet/EIB協議變換單元包括雙協議地址變換模塊、雙協議APCI (Application-Layer Protocol Control ^formation，應用層協議控制信息)變換模塊和雙協議應用程序數據變換模塊，以及雙協議地址關聯表和雙協議APCI對照表；
(2)BACnet/EIB網關初始化配置時，EIB配置工具ETS為每個EIB設備地址表增設物理組地址供BACnet監控中心尋址；BACnet協議可變部分編碼通過在TLV編碼時添加“標記 (tag)”對不同功能和結構的樓控設備進行描述實現與EIB協議的變換；
(3)BACnet/EIB網關進行協議轉換時，BACnet/EIB網關從EIB總線子網接收EIB報文， EIB報文解/編模塊分拆EIB報文得到組地址、APCI和應用程序數據三部分；雙協議地址變換模塊借助雙協議地址關聯表，由組地址變換成BACnet地址；雙協議APCI變換模塊借助雙協議APCI對照表，把EIB協議的APCI變換成BACnet的APCI ；雙協議應用程序數據變換模塊則將EIB應用程序數據變換成BACnet應用程序數據；最后，BACnet報文解/編模塊匯對 BACnet地址、BACnet的APCI和應用程序數據重新編碼，打包成BACnet報文發送至BACnet 網絡，經BACnet網絡至目標BACnet設備。EIB總線子網接收BACnet報文的過程與此相反。如圖6、圖7所示，EIB協議提供物理地址(Physical Address)和組地址(Group Address)兩種尋址方式。EIB設備具有唯一的2字節物理地址，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網絡的三層結構——對應， 分別表征網絡拓撲中的域、線和設備；物理地址主要用于ETS組態軟件對EIB系統的組態以及EIB監控中心對系統的監控。組地址是一種邏輯地址，EIB設備之間的通信主要是通過組地址而不是物理地址實現的；占用2個字節的組地址首位是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，其比特數據本身沒有任何區別。如圖8所示，EIB總線設備的地址表由一個物理地址和N個組地址組成；鑒于 BACnet監控中心需監控EIB設備，而EIB設備的物理地址是專供ETS組態以及EIB監控中心對EIB系統的監控，因此ETS組態時本發明為每個EIB設備地址表增設一個特殊的組地址一物理組地址一供BACnet監控中心尋址，從而維護了 EIB系統的協議一致性和系統可靠性。ETS組態時，設置EIB設備的地址表、通信對象表、關聯表和RAM標志表，四表協同完成對EIB設備通信對象的定位；ETS組態時自動配置域、線耦合器的路由表，因此EIB網絡層已蛻化成消除報文路由死循環的計數器一(參閱GB/T 20965-2007)。EIB協議的物理層、 數據鏈路層是專用的，組地址是唯一的、全局地址，組地址定位EIB設備的通信對象屬間接尋址法。EIB系統的域、線耦合器路由表，組態時由ETS自動配置，對用戶是透明的；BACnet/ EIB網關處理EIB設備的通信對象地址就是組地址。BACnet網絡層協議數據單元(NPDU)和MSTP數據幀的結構如圖9、10所示。MSTP是一個混合網絡，地址占一個字節、物理層是RS485，網絡中存在主站點和從站點兩種非對等的站點，利用令牌(Token)機制實現對傳輸介質的訪問控制。網絡層協議數據單元(NPDU) 是BACnet報文的網絡層部分，包括網絡層協議控制信息(NPCI)和網絡層用戶數據部分 (NUD)0對于數據報文，網絡層用戶數據部分(NUD)就是應用層協議數據單元(APDU)。協議控制信息NPCI具有固定的格式和編碼，其中與設備地址有關的參數有6個①DNET (目標地址的網絡號)；②DLEN (目標地址的MAC地址長度)；③DADR (目標地址的MAC地址)； ④SNET (源地址的網絡號)；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據鏈路層，每個BACnet設備需要一個網絡號碼和一個 MAC地址唯一確定；換言之，BACnet設備尋址除全局地址外還要引入局部地址，這是BACnet 支持多數據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上，將樓宇自控設備映射為若干標準對象的組合，樓宇設備的控制則采用應用層服務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備所屬的標準對象。因此， 僅僅給出網絡號碼和MAC地址是不夠的，因為只完成了對BACnet設備的定位；當且僅當結合設備標識符與該設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備所屬的對象。鑒于BACnet協議沒有自動向網段分配動態網絡號的機制，必須人工配置靜態路由表的亊實；因此，雙協議地址關聯表是BACnet/EIB網關雙協議地址變換模塊進行地址變換的前提。如圖11所示，BACnet/EIB雙協議地址關聯表的屏幕編輯器由MAC類型選擇下拉菜單，雙協議地址輸入、地址關聯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子網的MAC類型。2.逐一填寫BACnet的網絡號、MAC地址、設備標識符和設備對象標識符，以及對應 EIB設備的通信對象組地址。
3.按“確認”按鈕，輸入內容以記錄形式寫入“地址關聯一覽表”；按“刪除”按鈕， 輸入內容作廢。4.瀏覽“地址關聯一覽表”內容，可用“地址關聯一覽表”右側的上下三角箭頭按鈕；選擇修改記錄則用“地址關聯一覽表”左側的上下三角箭頭按鈕移動“地址關聯一覽表” 左側同步的箭頭，按“修改”按鈕，選中的記錄內容填入BACnet的網絡號、MAC地址、設備標識符和設備對象標識符，EIB設備通信對象的組地址；修改結束后按“確認”按鈕。5.按“保存”按鈕，地址關聯一覽表內容以“地址關聯一覽表.INI”文件名保存， 供BACnet/EIB網關運行時使用。樓宇設備的功能大體上可分為通信和樓宇設備自控兩部分，BACnet和EIB均采用面向對象的分析和設計方法，兩協議設備的通信功能均獨立于樓宇設備自控功能；因此， BACnet/EIB網關設計時，可以分別設計通信協議的轉化和樓宇自控協議的轉化。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、傳輸層協議數據單元(TPDU)域和校驗域組成；TPDU由傳輸層協議控制信息(TPCI)和傳送服務數據單元(TSDU)組成，TSDU即應用層協議數據單元(APDU) ；APDU則由應用層協議控制信息 (APCI)和用戶數據(UD，即用戶應用程序的數據DATA)組成。4個bits的服務原語(Service Primitive )，也稱應用層協議控制信息APCI，每一種服務原語和相應數據的解釋詳見下表，在BACnet/EIB網關中使用的是0000，0001，0010三個EIB服務原語。
權利要求
1.一種基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統及其雙協議轉換方法，其特征在于系統由 BACnet 監控中心、BACnet/IS008802_3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 網橋、BACnet/EIB 網關、BACnet/IS008802_3 設備節點、BACnet/LonTalk 設備節點、BACnet/PTP設備節點、BACnet/MSTP設備節點、EIB總線設備節點組成；其中，BACnet 監控中心通過BACnet/MSTP子網分別與BACnet/IS008802_3路由器、BACnet/LonTalk路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 網橋、BACnet/EIB 網關相連，BACnet/IS008802_3 路由器通過 BACnet/IS008802-3 子網與各 BACnet/IS008802_3 設備節點相連，BACnet/LonTalk 路由器通過BACnet/LonTalk子網與BACnet/LonTalk設備節點相連，BACnet/PTP路由器通過BACnet/PTP子網與各BACnet/PTP設備相連，BACnet網橋通過BACnet/MSTP子網與各 BACnet/MSTP設備節點相連，BACnet/EIB網關通過EIB總線子網與各EIB總線設備節點相連；BACnet網橋連接相同數據鏈路層和物理層的BACnet子網，路由器連接不同數據鏈路層和物理層的BACnet子網，EIB總線子網與BACnet則借助BACnet/EIB網關進行連接；網關經MSTP模塊接入BACnet/MSTP子網、經EIB總線耦合單元接入EIB總線子網；網關不僅執行BACnet網絡和EIB總線子網間的路由，而且具備BACnet和EIB兩種協議應用層數據的變換功能。
2.根據權利要求1所述的一種基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統，其特征在于所述BACnet/EIB網關電路的連接關系為處理器分別與存儲器、按鍵、顯示模塊、MSTP模塊、 串行PEI16協議轉換模塊相接；串行PEI16協議轉換模塊與EIB總線耦合單元相接，并接入EIB總線子網；MSTP模塊由光電隔離單元和RS485單元組成，處理器經光電隔離單元和 RS485單元相接，RS485單元接入BACnet/MSTP子網；所述的處理器是以ARM920T為內核的 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.根據權利要求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.根據權利要求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系為串行/EIB協議轉換模塊分別與電源模塊、時鐘發生器、串行同步接口模塊、串行通訊接口、監視/控制切換模塊、EIB雙絞線轉換模塊相連；EIB雙絞線轉換模塊與雙絞線電壓轉換模塊相連；所述的串行/EIB協議轉換模塊采用ZC441016CFN芯片，EIB雙絞線轉換模塊采用FZE1065E芯片，串行同步接口模塊采用74HC164芯片。
5.一種采用如權利要求1所述BACnet/EIB網關的BACnet與EIB協議轉換方法如下BACnet/EIB網關的軟件由BACnet/EIB協議變換單元、BACnet報文解析單元和EIB 報文解析單元組成；BACnet/EIB協議變換單元包括雙協議地址變換模塊、雙協議APCI (Application-Layer Protocol Control ^formation，應用層協議控制信息)變換模塊和雙協議應用程序數據變換模塊，以及雙協議地址關聯表和雙協議APCI對照表；BACnet/EIB網關初始化配置時，EIB配置工具ETS為每個EIB設備地址表增設物理組地址供BACnet監控中心尋址；BACnet協議可變部分編碼通過在TLV編碼時添加“標記 (tag)”對不同功能和結構的樓控設備進行描述實現與EIB協議的變換；BACnet/EIB網關進行協議轉換時，BACnet/EIB網關從EIB總線子網接收EIB報文，EIB 報文解/編模塊分拆EIB報文得到組地址、APCI和應用程序數據三部分；雙協議地址變換模塊借助雙協議地址關聯表，由組地址變換成BACnet地址；雙協議APCI變換模塊借助雙協議APCI對照表，把EIB協議的APCI變換成BACnet的APCI ；雙協議應用程序數據變換模塊則將EIB應用程序數據變換成BACnet應用程序數據；最后，BACnet報文解/編模塊匯對 BACnet地址、BACnet的APCI和應用程序數據重新編碼，打包成BACnet報文發送至BACnet 網絡，經BACnet網絡至目標BACnet設備，EIB總線子網接收BACnet報文的過程與此相反。
全文摘要
本發明公開一種基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統及其雙協議轉換方法，系統由路由器或網橋連接的BACnet子網、BACnet/EIB網關連接的EIB總線子網和BACnet監控中心組成。網關經MSTP模塊、EIB總線耦合單元分別接入BACnet/MSTP子網、EIB總線子網；網關軟件由BACnet報文解析單元、EIB報文解析單元和BACnet/EIB協議變換單元組成；BACnet/EIB協議變換單元包括雙協議地址變換模塊、雙協議APCI變換模塊和雙協議應用程序數據變換模塊，以及雙協議地址關聯表和雙協議APCI對照表。BACnet/EIB網關將EIB融入BACnet，兩種樓宇自控協議優勢互補，使基于BACnet和EIB協議的樓宇自控系統具有優異的性價比。
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 優先權日2012年1月12日
發明者吳明光, 徐佳東, 徐曉忻, 詹永喆, 鄭鈞國 申請人:浙江大學