专利名称：基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统的制作方法
技术领域：
本发明属楼宇自控的技术范畴，特别是指基于BACnet和EIB协议的楼宇自控技术及其双协议转换方法。
背景技术：
楼宇自控领域中，BACnet和EIB协议是赢得广泛认同和应用的两大主流国际标准。欧洲安装总线(EIB)由Siemens、ABB等企业首先提出，1990年成立的EIBA为EIB 的管理机构，2010年EIBA的全球注册会员突破400 ；国际上很多知名公司相继推出符合 EIB规范的系列产品，目前已占据欧洲楼宇自动化设备80%的市场。1999年，以EIB为基础、汲取欧洲另两个楼宇自控协议(BatiBus和EHSA)配置模式等优点，提出了 KNX/EIB协议。2003年，KNX/EIB列入欧洲标准EN50090 ；2006年，列入国际标准IS0/IEC 14543-3 ； 2007年7月，列入中国标准GB/Z 20965—2007。KNX/EIB (以下简称EIB)标准化程度高， 协议具有结构简单、高效稳定的优异特性，是生产高性价比和高可靠性楼宇自控产品的技术支撑和保障。EIB源自楼宇照明、百叶窗(窗帘)、安防等控制的共性需求制定协议，采用独特的组(逻辑)地址高效通信机制，并将楼宇自控产品简化成两类命令发送者一传感器， 命令接收者一执行器；上述考量对于开关量或复杂度一般的控制而言，如照明、安防等控制，具有无可比拟的技术经济优势；但当EIB拓展至复杂控制系统时，如供暖制冷及空调系统(HVAC&R)，EIB产品受制于协议自身的局限性，始终难有大的作为；EIB协议体系框架内实施HVAC&R工程时，所需的复杂控制功能往往只能求助EIB监控中心、即不得不放弃EIB 无需主控制器的点对点(peer to peer)分布式控制方式，导致系统复杂度的增大、可靠性和效率的下降。1987年，美国供暖制冷及空调工程师协会ASHRAE提出BACnet协议；1995年6月， ASHRAE推出BACnet 1995版，同年12月成为ANSI美国国家标准；2003年，BACnet协议批准成为国际标准IS016484—5 ；2009年10月，BACnet中国协会成立。BACnet源自HVAC&R 等控制的共性需求制定协议，将7层OSI模型精简为4层低2层引入4种业已得到成功规模应用的物理层和数据链路层协议，以适应不同性价比及保护原有投资的诉求；根据楼宇自控网络结构较固定的特征，BACnet网络层功能进行了多方面的简化一人工配置单一静态路径的路由表；对象、属性、服务定义在BACnet的应用层，借鉴面向对象的设计理念、参照ISO 8824/8825 ASN. 1规则对自控设备进行统一的形式化描述，自控设备间的互操作则采用混合模式一间接模式用于楼宇自控设备的楼宇控制功能，直接模式与楼宇自控设备的通信及管理有关。BACnet沿袭工控领域的产品分类法，分为传感器、执行器和控制器；在楼宇的HVAC&R工程系统中，相应的BACnet自控设备品种丰富、功能完备、性价比高，牢牢占据着市场的主导地位；但当BACnet涉足仅需简单控制的系统时，如照明及百叶窗(窗帘)系统，BACnet产品亦受制于协议自身的局限性，多年来成效有限差强人意；BACnet协议体系框架内实施照明及百叶窗(窗帘)等工程时，一方面BACnet自控设备的复杂控制功能被束之高阁，另一方面又因BACnet软硬件资源开销大，导致其性价比欠佳、竞争力缺失；因此， BACnet智能楼宇中高效智能的HVAC&R与简单的硬接线(继电器)照明并存的奇特景象屡见不鮮，2011年5月新落成的杭州某医院大楼就是一个典型案例。BACnet本质上是一个强设备控制、弱信息管理的协议，EIB却是一个强信息管理、 弱设备控制的协议；因此，EIB在弱控制系统中呈现较大的优势，在强控制系统中则优势不在，而BACnet恰恰相反。合乎逻辑的结论是，或沿着现有技术路线图，继续改进BACnet和 EIB的短板产品，但理论分析和工程实践均表明希望微乎其微；或综合BACnet和EIB的長处，开发基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统。先后提出的工业控制现场总线协议达百种，目前有市场影响力的现场总线协议有十余种，立足特定工业领域需求制定的现场总线协议，在该工业领域中拥有比较优势；尽管每种现场总线协议不断吸取其它总线协议的精华，但并未出现期待的一统天下，因为不同的工业现场总线协议各有侧重点、优劣点各异； 目前业内的共识是可预见期间内多种工业现场总线将维持并存的局面，工业现场总线协议的现状具有普遍的意义，楼宇自控协议也概莫能外一多种楼宇自控协议将長期并存。楼宇自控协议的关注点是与hternet的连接，不同楼宇自控协议间的融合互补却乏人问津， 本发明旨在补上这一课。楼宇自控协议互联方面的代表性知识产权成果如下
发明专利“欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置”(ZL200710067887.6)，提出将EIB连接hternet的解决方案。·发明专利“开放式楼宇自控网络协议转化装置及转化方法”(申请号 201010621123. 9)，提出BACnet/IP和BACnet/Ethernet网络设备相互转化的装置及转化方法。·发明专利“将BACnet协议转换成ftx)fibUS协议的通讯协议转换器“(申请号 200910100268. 1)，提出将BACnet协议转换成ftx)fibus协议的通讯协议转换器。上述有益探索，指出了 BACnet、EIB接入hternet，BACnet与ibus相连的技术路线，但探索成果仍存在局限，尚未涉及各有所長的不同楼宇自控协议间的互联融合，有必要在现有研究成果基础上作深入的研究与创新。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，综合BACnet和EIB两种协议的优势，提供一种基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统及其双协议转换方法。一种基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统由BACnet监控中心、BACnet/ IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 网桥、BACnet/ EIB 网关、BACnet/IS008802-3 设备节点、BACnet/LonTalk 设备节点、BACnet/PTP 设备节点、BACnet/MSTP设备节点、EIB总线设备节点组成；其中，BACnet监控中心通过BACnet/ MSTP 子网分别与 BACnet/IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、 BACnet 网桥、BACnet/EIB 网关相连，BACnet/IS008802_3 路由器通过 BACnet/IS008802_3 子网与各 BACnet/IS008802-3 设备节点相连，BACnet/LonTalk 路由器通过 BACnet/LonTalk 子网与BACnet/LonTalk设备节点相连，BACnet/PTP路由器通过BACnet/PTP子网与各 BACnet/PTP设备相连，BACnet网桥通过BACnet/MSTP子网与各BACnet/MSTP设备节点相连，BACnet/EIB网关通过EIB总线子网与各EIB总线设备节点相连；BACnet网桥连接相同数据链路层和物理层的BACnet子网，路由器连接不同数据链路层和物理层的BACnet子网， EIB总线子网与BACnet则借助BACnet/EIB网关进行连接；网关经MSTP模块接入BACnet/ MSTP子网、经EIB总线耦合单元接入EIB总线子网；网关不仅执行BACnet网络和EIB总线子网间的路由，而且具备BACnet和EIB两种协议应用层数据的变换功能。BACnet/EIB网关电路的连接关系为处理器分别与存储器、按键、显示模块、MSTP 模块、串行PEI16协议转换模块相接；串行PEI16协议转换模块与EIB总线耦合单元相接， 并接入EIB总线子网；MSTP模块由光电隔离单元和RS485单元组成，处理器经光电隔离单元和RS485单元相接，RS485单元接入BACnet/MSTP子网；所述的处理器是以ARM920T为内核的S3C2410X芯片，MSTP模块的光电隔离单元采用两个6N137芯片、RS485单元采用 MAX490芯片，存储器采用K9F1208U0M芯片，显示模块采用NL2432DR22。MSTP模块电路为BACnet/MSTP总线上的Datal+与MAX490的引脚6相连，BACnet/ MSTP总线上的Datal-与MAX490的引脚5相连，BACnet/MSTP总线上的Data2+与MAX490 的引脚7相连，BACnet/MSTP总线上的Data2_与MAX490的引脚8相连，BACnet/MSTP总线上的GND与MAX490的引脚4并联后接地，MAX490的引脚1接电源+12V，MAX490的引脚2 与电阻Rl的一端相连，MAX490的引脚3与电阻R2的一端相连，第一 6附37芯片的引脚2与电阻Rl的另一端相连，第一 6附37芯片的引脚3与引脚5并联后接地，第一 6附37芯片的引脚6与S3C2410X芯片的引脚RXD0、电阻R3的一端相连，第一 6N137芯片的引脚8与第二 6N137芯片的引脚8并联后与电阻R3的另一端、电阻R4的一端、电源+5V、电容Cl的一端相连，第二 6N137芯片的引脚2与电阻R2的另一端相连，第二 6N137芯片的引脚3与引脚 5并联后接地，第二 6附37芯片的引脚6与S3C2410X芯片的引脚T)(D0、电阻R4的另一端相连，电容Cl的另一端接地。EIB总线耦合单元电路的连接关系为串行/EIB协议转换模块分别与电源模块、 时钟发生器、串行同步接口模块、串行通讯接口、监视/控制切换模块、EIB双绞线转换模块相连；EIB双绞线转换模块与双绞线电压转换模块相连；所述的串行/EIB协议转换模块采用ZC441016CFN芯片，EIB双绞线转换模块采用FZE1065E芯片，串行同步接口模块采用 74HC164 芯片。BACnet/EIB网关的BACnet与EIB协议转换方法如下
(1)BACnet/EIB网关的软件由BACnet/EIB协议变換单元、BACnet报文解析单元和 EIB报文解析单元组成；BACnet/EIB协议变換单元包括双协议地址变換模块、双协议APCI (Application-Layer Protocol Control ^formation，应用层协议控制信息)变換模块和双协议应用程序数据变換模块，以及双协议地址关联表和双协议APCI对照表；
(2)BACnet/EIB网关初始化配置时，EIB配置工具ETS为每个EIB设备地址表增设物理组地址供BACnet监控中心寻址；BACnet协议可变部分编码通过在TLV编码时添加“标记 (tag)”对不同功能和结构的楼控设备进行描述实现与EIB协议的变換；
(3)BACnet/EIB网关进行协议转换时，BACnet/EIB网关从EIB总线子网接收EIB报文， EIB报文解/编模块分拆EIB报文得到组地址、APCI和应用程序数据三部分；双协议地址变換模块借助双协议地址关联表，由组地址变換成BACnet地址；双协议APCI变換模块借助双协议APCI对照表，把EIB协议的APCI变換成BACnet的APCI ；双协议应用程序数据变換模块则将EIB应用程序数据变換成BACnet应用程序数据；最后，BACnet报文解/编模块汇对BACnet地址、BACnet的APCI和应用程序数据重新编码，打包成BACnet报文发送至BACnet 网络，经BACnet网络至目标BACnet设备。EIB总线子网接收BACnet报文的过程与此相反。本发明与背景技术相比，具有的有益效果是
BACnet/EIB网关将强信息管理、弱设备控制的EIB系统融入强设备控制、弱信息管理的BACnet系统，协议互补性强、能充分发挥各自的長处，使基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统具有优异的性价比；网关初始化配置时，ETS为每个EIB设备的设备地址表增设一个特殊的组地址一物理组地址一供BACnet监控中心寻址，维护了 EIB系统的协议一致性和系统可靠性；网关的通信协议转化和楼宇自控协议转化采用分别独立设计的方法，网关软件的结构清晰、层次分明；BACnet协议固定编码部分与EIB协议变換时，双协议地址变換模块借助双协议地址关联表、双协议APCI变換模块借助双协议APCI对照表，通过高效的直接映射实现；BACnet协议可变部分编码与EIB协议的变換，则应用“标记(tag)，，-TLV编码方法实现，具有自描述功能的TLV能表征不同功能和结构的楼控设备。
图1是基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统结构图； 图2是BACnet/EIB网关的电路框图3是MSTP模块电路图4是EIB总线耦合模块电路框图5是BACnet/EIB网关的协议转换框图6是EIB的物理地址结构图7是EIB的组地址结构图8是EIB设备地址表的结构图9是BACnet网络层协议数据单元的结构图10是MSTP数据帧的结构图11是双协议地址关联表的屏幕编辑器；
图12是EIB报文应用层协议数据单元的结构图13是BACnet用户数据(UD)编码结构图。
具体实施例方式如图1所示，一种基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统由BACnet监控中心、 BACnet/IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 网桥、 BACnet/EIB 网关、BACnet/IS008802-3 设备节点、BACnet/LonTalk 设备节点、BACnet/PTP 设备节点、BACnet/MSTP设备节点、EIB总线设备节点组成；其中，BACnet监控中心通过 BACnet/MSTP 子网分别与 BACnet/IS008802-3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/ PTP 路由器、BACnet 网桥、BACnet/EIB 网关相连，BACnet/IS008802_3 路由器通过 BACnet/ IS008802-3子网与各BACnet/IS008802-3设备节点相连，BACnet/LonTalk路由器通过 BACnet/LonTalk 子网与 BACnet/LonTalk 设备节点相连，BACnet/PTP 路由器通过 BACnet/ PTP子网与各BACnet/PTP设备相连，BACnet网桥通过BACnet/MSTP子网与各BACnet/MSTP 设备节点相连，BACnet/EIB网关通过EIB总线子网与各EIB总线设备节点相连；BACnet网桥连接相同数据链路层和物理层的BACnet子网，路由器连接不同数据链路层和物理层的 BACnet子网，EIB总线子网与BACnet则借助BACnet/EIB网关进行连接；网关经MSTP模块接入BACnet-MSTP子网、经EIB总线耦合单元接入EIB总线子网；网关不仅执行BACnet网络和EIB总线子网间的路由，而且具备BACnet和EIB两种协议应用层数据的变换功能。BACnet采用精简的4层OSI模型物理层、数据链路层、网络层和应用层；低层(物理和数据链路层)支持IS08802-3、MSTP, PTP和LonTalk。网络层屏蔽不同局域网(子网) 低层协议的差异，通过将全局地址解析为局部地址的途径，在多个子网间进行报文的网络层路由；在报文目的地址所属子网内实现报文目的地址设备的链路层路由，并向应用层提供统一的接口 ；BACnet规定人工配置BACnet设备节点之间唯一的静态逻辑路径，显然路由就是最简单可靠、高效的静态单一路径路由。BACnet的“地址”由两部分组成每个子网的唯一标识符——网络号，用于BACnet子网之间的路由；每个BACnet设备节点的MAC地址，用于BACnet子网内部的路由，将报文从一个设备节点路由到另一个设备节点。网桥连接的是采用相同数据链路层和物理层的BACnet子网，路由器用于连接不同数据链路层和物理层的BACnet子网；虽然不同的BACnet子网允许采用不同的或相同的数据链路层和物理层协议，但不同BACnet子网的网络层和应用层却是统一的、标准的BACnet网络层和应用层。EIB总线子网与BACnet的连接只能借助BACnet/EIB网关，网关不仅具有BACnet路由器处理不同局域网MAC地址及路由的功能，更重要的是具备BACnet和EIB两种协议应用层数据的变换功能。鉴于MSTP是BACnet独有的、工程中使用频率最高的数据链路层协议，而且MSTP提供的三种通信模式可以按需灵活配置(主从式、多主式和点对点式)；考虑到表述的简洁明暸又不失一般性，BACnet/EIB网关接入的BACnet子网数据链路层选择MSTP ；路由器、网桥亦围绕数据链路层为MSTP的BACnet子网展开。如图2所示，BACnet/EIB网关电路的连接关系为处理器分别与存储器、按键、显示模块、MSTP模块、串行PEI16协议转换模块相接；串行PEI16协议转换模块与EIB总线耦合单元相接，并接入EIB总线子网；MSTP模块由光电隔离单元和RS485单元组成，处理器经光电隔离单元和RS485单元相接，RS485单元接入BACnet/MSTP子网；所述的处理器是以 ARM920T为内核的S3C2410X芯片，MSTP模块的光电隔离单元采用两个6附37芯片、RS485 单元采用MAX490芯片，存储器采用K9F1208U0M芯片，显示模块采用NL2432DR22。BACnet/ EIB网关是连接EIB总线子网与BACnet的关键设备，它是一种将EIB融入BACnet的嵌入式设备，能充分发挥BACnet和EIB这两种楼宇自控协议的优点、实现优势互补，在BACnet上对EIB设备进行监控和管理。为保证足够的存储空间并考虑成本，设计时选用一片64MB的Nand FLASH K9F1208U0M作为唯一的系统程序存储器(Nand FLASH的价格比Nor FLASH低，且S3C2410X 支持Nand FLASH直接启动系统)。如果使用可读写的文件系统，用户也可以随时把数据存在Nand FLASH中，并且掉电不会丢失。MSTP模块的电路图如图3所示，BACnet/MSTP总线上的Datal+与MAX490的引脚6相连，BACnet/MSTP总线上的Datal-与MAX490的引脚5相连，BACnet/MSTP总线上的 Data2+与MAX490的引脚7相连，BACnet/MSTP总线上的Data2_与MAX490的引脚8相连， BACnet/MSTP总线上的GND与MAX490的引脚4并联后接地，MAX490的引脚1接电源+12V， MAX490的引脚2与电阻Rl的一端相连，MAX490的引脚3与电阻R2的一端相连，第一 6附37芯片的引脚2与电阻Rl的另一端相连，第一 6附37芯片的引脚3与引脚5并联后接地，第一 6N137芯片的引脚6与S3C2410X芯片的引脚RXD0、电阻R3的一端相连，第一 6附37芯片的引脚8与第二 6W37芯片的引脚8并联后与电阻R3的另一端、电阻R4的一端、电源+5V、 电容Cl的一端相连，第二 6附37芯片的引脚2与电阻R2的另一端相连，第二 6附37芯片的引脚3与引脚5并联后接地，第二 6N137芯片的引脚6与S3C2410X芯片的引脚TXDO,电阻 R4的另一端相连，电容Cl的另一端接地。如图4所示，EIB总线耦合模块内部连接关系为串行/EIB协议转换模块分别与电源模块、时钟发生器、串行同步接口模块、串行通讯接口、监视/控制切换模块、EIB双绞线转换模块相连；EIB双绞线转换模块与双绞线电压转换模块相连。所述的串行/EIB协议转换模块采用ZC441016CFN芯片，EIB双绞线转换模块采用FZE1065E芯片，串行同步接口模块采用74HC164芯片。串行信号通过串行通讯接口分别直接以及通过串行同步接口模块 74HC164输入串行/EIB协议转换模块，该模块输出信号先后经过EIB双绞线转换模块和双绞线电压转换模块将总线信号输出至EIB总线网络。进一步的技术细节详见本课题组的发明专利，“欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置”(ZL200710067887. 6)。BACnet/EIB网关在BACnet网络侧作为一个BACnet设备，在EIB总线支网侧则作为一个EIB设备存在；BACnet和EIB这两个异构网络通过BACnet/EIB网关互联，双向信息交互、抅成基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统。基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统投运前有三项准备工作使用BACnet系统组态软件(如加拿大DELTA公司的D0W-333-USB)对BACnet设备组态，包括BACnet/EIB网关，即将BACnet/EIB网关列入 BACnet网络的设备；应用EIBA的ETS3. 2-2009组态软件(组态工具)进行EIB设备的组态， 包括BACnet/EIB网关，即将BACnet/EIB网关列入EIB总线子网的设备；配置BACnet/EIB 网关。鉴于前两项准备工作属公知知识范畴，故本发明仅就第三点展开论述。如图5所示， BACnet/EIB网关的BACnet与EIB协议转换方法如下
(1)BACnet/EIB网关的软件由BACnet/EIB协议变換单元、BACnet报文解析单元和 EIB报文解析单元组成；BACnet/EIB协议变換单元包括双协议地址变換模块、双协议APCI (Application-Layer Protocol Control ^formation，应用层协议控制信息)变換模块和双协议应用程序数据变換模块，以及双协议地址关联表和双协议APCI对照表；
(2)BACnet/EIB网关初始化配置时，EIB配置工具ETS为每个EIB设备地址表增设物理组地址供BACnet监控中心寻址；BACnet协议可变部分编码通过在TLV编码时添加“标记 (tag)”对不同功能和结构的楼控设备进行描述实现与EIB协议的变換；
(3)BACnet/EIB网关进行协议转换时，BACnet/EIB网关从EIB总线子网接收EIB报文， EIB报文解/编模块分拆EIB报文得到组地址、APCI和应用程序数据三部分；双协议地址变換模块借助双协议地址关联表，由组地址变換成BACnet地址；双协议APCI变換模块借助双协议APCI对照表，把EIB协议的APCI变換成BACnet的APCI ；双协议应用程序数据变換模块则将EIB应用程序数据变換成BACnet应用程序数据；最后，BACnet报文解/编模块汇对 BACnet地址、BACnet的APCI和应用程序数据重新编码，打包成BACnet报文发送至BACnet 网络，经BACnet网络至目标BACnet设备。EIB总线子网接收BACnet报文的过程与此相反。如图6、图7所示，EIB协议提供物理地址(Physical Address)和组地址(Group Address)两种寻址方式。EIB设备具有唯一的2字节物理地址，物理地址的十进制格式XX. XX. XXX，其最大值为15. 15. 255 ；物理地址中的不同段与EIB网络的三层结构——对应， 分别表征网络拓扑中的域、线和设备；物理地址主要用于ETS组态软件对EIB系统的组态以及EIB监控中心对系统的监控。组地址是一种逻辑地址，EIB设备之间的通信主要是通过组地址而不是物理地址实现的；占用2个字节的组地址首位是0，有效的组地址是15比特， 具有两段式和三段式两种十进制格式M/s和M/m/s，不同的格式只是从用户视角划分的不同功能概念，其比特数据本身没有任何区别。如图8所示，EIB总线设备的地址表由一个物理地址和N个组地址组成；鉴于 BACnet监控中心需监控EIB设备，而EIB设备的物理地址是专供ETS组态以及EIB监控中心对EIB系统的监控，因此ETS组态时本发明为每个EIB设备地址表增设一个特殊的组地址一物理组地址一供BACnet监控中心寻址，从而维护了 EIB系统的协议一致性和系统可靠性。ETS组态时，设置EIB设备的地址表、通信对象表、关联表和RAM标志表，四表协同完成对EIB设备通信对象的定位；ETS组态时自动配置域、线耦合器的路由表，因此EIB网络层已蜕化成消除报文路由死循环的计数器一(参阅GB/T 20965-2007)。EIB协议的物理层、 数据链路层是专用的，组地址是唯一的、全局地址，组地址定位EIB设备的通信对象属间接寻址法。EIB系统的域、线耦合器路由表，组态时由ETS自动配置，对用户是透明的；BACnet/ EIB网关处理EIB设备的通信对象地址就是组地址。BACnet网络层协议数据单元(NPDU)和MSTP数据帧的结构如图9、10所示。MSTP是一个混合网络，地址占一个字节、物理层是RS485，网络中存在主站点和从站点两种非对等的站点，利用令牌(Token)机制实现对传输介质的访问控制。网络层协议数据单元(NPDU) 是BACnet报文的网络层部分，包括网络层协议控制信息(NPCI)和网络层用户数据部分 (NUD)0对于数据报文，网络层用户数据部分(NUD)就是应用层协议数据单元(APDU)。协议控制信息NPCI具有固定的格式和编码，其中与设备地址有关的参数有6个①DNET (目标地址的网络号)；②DLEN (目标地址的MAC地址长度)；③DADR (目标地址的MAC地址)； ④SNET (源地址的网络号)；⑤SLEN (源地址的MAC地址长度)；⑥SADR (源地址的MAC地址)。BACnet支持不同的物理层和数据链路层，每个BACnet设备需要一个网络号码和一个 MAC地址唯一确定；换言之，BACnet设备寻址除全局地址外还要引入局部地址，这是BACnet 支持多数据链路层必须付出的代价。此外，BACnet在定义一组标准对象的基础上，将楼宇自控设备映射为若干标准对象的组合，楼宇设备的控制则采用应用层服务一对标准对象的属性进行访问与操作；显然，真正参于楼宇自控的是楼宇自控设备所属的标准对象。因此， 仅仅给出网络号码和MAC地址是不够的，因为只完成了对BACnet设备的定位；当且仅当结合设备标识符与该设备的对象标识符定位才是完备的，才能最终确定真正参于自控的楼宇设备所属的对象。鉴于BACnet协议没有自动向网段分配动态网络号的机制，必须人工配置静态路由表的亊实；因此，双协议地址关联表是BACnet/EIB网关双协议地址变換模块进行地址变換的前提。如图11所示，BACnet/EIB双协议地址关联表的屏幕编辑器由MAC类型选择下拉菜单，双协议地址输入、地址关联一览表和屏幕编辑器操作按钮组成。操作流程如下
1.从MAC类型选择下拉菜单中选择BACnet子网的MAC类型。2.逐一填写BACnet的网络号、MAC地址、设备标识符和设备对象标识符，以及对应 EIB设备的通信对象组地址。
3.按“确认”按钮，输入内容以记录形式写入“地址关联一览表”；按“删除”按钮， 输入内容作废。4.浏览“地址关联一览表”内容，可用“地址关联一览表”右侧的上下三角箭头按钮；选择修改记录则用“地址关联一览表”左侧的上下三角箭头按钮移动“地址关联一览表” 左侧同步的箭头，按“修改”按钮，选中的记录内容填入BACnet的网络号、MAC地址、设备标识符和设备对象标识符，EIB设备通信对象的组地址；修改结束后按“确认”按钮。5.按“保存”按钮，地址关联一览表内容以“地址关联一览表.INI”文件名保存， 供BACnet/EIB网关运行时使用。楼宇设备的功能大体上可分为通信和楼宇设备自控两部分，BACnet和EIB均采用面向对象的分析和设计方法，两协议设备的通信功能均独立于楼宇设备自控功能；因此， BACnet/EIB网关设计时，可以分别设计通信协议的转化和楼宇自控协议的转化。如图12所示，一个EIB报文由控制域、源地址域、目标地址域、长度域、传输层协议数据单元(TPDU)域和校验域组成；TPDU由传输层协议控制信息(TPCI)和传送服务数据单元(TSDU)组成，TSDU即应用层协议数据单元(APDU) ；APDU则由应用层协议控制信息 (APCI)和用户数据(UD，即用户应用程序的数据DATA)组成。4个bits的服务原语(Service Primitive )，也称应用层协议控制信息APCI，每一种服务原语和相应数据的解释详见下表，在BACnet/EIB网关中使用的是0000，0001，0010三个EIB服务原语。
权利要求
1.一种基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统及其双协议转换方法，其特征在于系统由 BACnet 监控中心、BACnet/IS008802_3 路由器、BACnet/LonTalk 路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 网桥、BACnet/EIB 网关、BACnet/IS008802_3 设备节点、BACnet/LonTalk 设备节点、BACnet/PTP设备节点、BACnet/MSTP设备节点、EIB总线设备节点组成；其中，BACnet 监控中心通过BACnet/MSTP子网分别与BACnet/IS008802_3路由器、BACnet/LonTalk路由器、BACnet/PTP 路由器、BACnet 网桥、BACnet/EIB 网关相连，BACnet/IS008802_3 路由器通过 BACnet/IS008802-3 子网与各 BACnet/IS008802_3 设备节点相连，BACnet/LonTalk 路由器通过BACnet/LonTalk子网与BACnet/LonTalk设备节点相连，BACnet/PTP路由器通过BACnet/PTP子网与各BACnet/PTP设备相连，BACnet网桥通过BACnet/MSTP子网与各 BACnet/MSTP设备节点相连，BACnet/EIB网关通过EIB总线子网与各EIB总线设备节点相连；BACnet网桥连接相同数据链路层和物理层的BACnet子网，路由器连接不同数据链路层和物理层的BACnet子网，EIB总线子网与BACnet则借助BACnet/EIB网关进行连接；网关经MSTP模块接入BACnet/MSTP子网、经EIB总线耦合单元接入EIB总线子网；网关不仅执行BACnet网络和EIB总线子网间的路由，而且具备BACnet和EIB两种协议应用层数据的变换功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统，其特征在于所述BACnet/EIB网关电路的连接关系为处理器分别与存储器、按键、显示模块、MSTP模块、 串行PEI16协议转换模块相接；串行PEI16协议转换模块与EIB总线耦合单元相接，并接入EIB总线子网；MSTP模块由光电隔离单元和RS485单元组成，处理器经光电隔离单元和 RS485单元相接，RS485单元接入BACnet/MSTP子网；所述的处理器是以ARM920T为内核的 S3C2410X芯片，MSTP模块的光电隔离单元采用两个6附37芯片、RS485单元采用MAX490芯片，存储器采用K9F1208U0M芯片，显示模块采用NLM32DR22。
3.根据权利要求2所述的MSTP模块，其特征在于所述的MSTP模块电路为=BACnet/ MSTP总线上的Datal+与MAX490的引脚6相连，BACnet/MSTP总线上的Datal-与MAX490的引脚5相连，BACnet/MSTP总线上的Data2+与MAX490的引脚7相连，BACnet/MSTP总线上的Data2-与MAX490的引脚8相连，BACnet/MSTP总线上的GND与MAX490的引脚4并联后接地，MAX490的引脚1接电源+12V，MAX490的引脚2与电阻Rl的一端相连，MAX490的引脚 3与电阻R2的一端相连，第一 6附37芯片的引脚2与电阻Rl的另一端相连，第一 6附37芯片的引脚3与引脚5并联后接地，第一 6N137芯片的引脚6与S3C2410X芯片的引脚RXDO, 电阻R3的一端相连，第一 6N137芯片的引脚8与第二 6N137芯片的引脚8并联后与电阻R3 的另一端、电阻R4的一端、电源+5V、电容Cl的一端相连，第二 6附37芯片的引脚2与电阻 R2的另一端相连，第二 6附37芯片的引脚3与引脚5并联后接地，第二 6附37芯片的引脚6 与S3C2410X芯片的引脚T)(D0、电阻R4的另一端相连，电容Cl的另一端接地。
4.根据权利要求2所述的EIB总线耦合单元，其特征在于所述的EIB总线耦合单元电路的连接关系为串行/EIB协议转换模块分别与电源模块、时钟发生器、串行同步接口模块、串行通讯接口、监视/控制切换模块、EIB双绞线转换模块相连；EIB双绞线转换模块与双绞线电压转换模块相连；所述的串行/EIB协议转换模块采用ZC441016CFN芯片，EIB双绞线转换模块采用FZE1065E芯片，串行同步接口模块采用74HC164芯片。
5.一种采用如权利要求1所述BACnet/EIB网关的BACnet与EIB协议转换方法如下BACnet/EIB网关的软件由BACnet/EIB协议变換单元、BACnet报文解析单元和EIB 报文解析单元组成；BACnet/EIB协议变換单元包括双协议地址变換模块、双协议APCI (Application-Layer Protocol Control ^formation，应用层协议控制信息)变換模块和双协议应用程序数据变換模块，以及双协议地址关联表和双协议APCI对照表；BACnet/EIB网关初始化配置时，EIB配置工具ETS为每个EIB设备地址表增设物理组地址供BACnet监控中心寻址；BACnet协议可变部分编码通过在TLV编码时添加“标记 (tag)”对不同功能和结构的楼控设备进行描述实现与EIB协议的变換；BACnet/EIB网关进行协议转换时，BACnet/EIB网关从EIB总线子网接收EIB报文，EIB 报文解/编模块分拆EIB报文得到组地址、APCI和应用程序数据三部分；双协议地址变換模块借助双协议地址关联表，由组地址变換成BACnet地址；双协议APCI变換模块借助双协议APCI对照表，把EIB协议的APCI变換成BACnet的APCI ；双协议应用程序数据变換模块则将EIB应用程序数据变換成BACnet应用程序数据；最后，BACnet报文解/编模块汇对 BACnet地址、BACnet的APCI和应用程序数据重新编码，打包成BACnet报文发送至BACnet 网络，经BACnet网络至目标BACnet设备，EIB总线子网接收BACnet报文的过程与此相反。
全文摘要
本发明公开一种基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统及其双协议转换方法，系统由路由器或网桥连接的BACnet子网、BACnet/EIB网关连接的EIB总线子网和BACnet监控中心组成。网关经MSTP模块、EIB总线耦合单元分别接入BACnet/MSTP子网、EIB总线子网；网关软件由BACnet报文解析单元、EIB报文解析单元和BACnet/EIB协议变換单元组成；BACnet/EIB协议变換单元包括双协议地址变換模块、双协议APCI变換模块和双协议应用程序数据变換模块，以及双协议地址关联表和双协议APCI对照表。BACnet/EIB网关将EIB融入BACnet，两种楼宇自控协议优势互补，使基于BACnet和EIB协议的楼宇自控系统具有优异的性价比。
文档编号H04L29/06GK102571795SQ20121000886
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者吴明光, 徐佳东, 徐晓忻, 詹永喆, 郑钧国 申请人:浙江大学