摘  要： EIB智能控制系統(tǒng)是一種現(xiàn)場總線制多功能樓宇設備控制系統(tǒng),。詳細介紹了EIB智能控制系統(tǒng)的組成、原理及基于EIB的現(xiàn)代化調光系統(tǒng)設計與實現(xiàn),。
關鍵詞：樓宇自動化系統(tǒng); 歐洲設備安裝總線;智能建筑系統(tǒng)

    智能建筑中集成了現(xiàn)代通信技術,、微電子技術等尖端技術。這些技術的應用,，不僅給建筑帶來了沉重的建設成本壓力,，其運行和維護成本也日漸增高，同時智能化建筑對施工的便捷性,、使用的安全性,、經(jīng)濟性、舒適性等方面不斷提出更高的要求,。為適應這樣的需求,，建筑領域的現(xiàn)場總線技術標準歐洲安裝總線——EIB(Europeaninstallation Bus)便應運而生[1]。
1 EIB技術
    EIB技術對傳統(tǒng)電氣安裝技術而言是一次突破性的革命,，它具有現(xiàn)場總線技術的核心優(yōu)點,，如全分散控制；設計,、安裝,、維護方便等，是當今建筑技術領域非常優(yōu)秀的現(xiàn)場總線標準,。EIB是一個基于事件控制的分布式總線系統(tǒng),。系統(tǒng)采用串行數(shù)據(jù)通信進行控制、監(jiān)測和狀態(tài)報告,。所有總線裝置均通過共享的串行傳輸連接(即總線)相互交換信息,。數(shù)據(jù)傳輸按照總線協(xié)議所確定的規(guī)則進行，需發(fā)送的信息先打包,，形成標準傳輸格式(即報文),，然后通過總線從一個傳感裝置(命令發(fā)送者)傳送到一個或多個執(zhí)行裝置(命令接收者)。EIB的數(shù)據(jù)傳輸和總線裝置的電源(DC 24V)共用一條電纜,，報文調制在直流信號上 [1],。
2 EIB的拓撲結構
    EIB是一個開放的協(xié)議,，可采用雙絞線、電力線,、同軸電纜,、無線等不同的通信介質,其中應用較廣泛的是雙絞線和電力線。使用雙絞線時,，每個物理段可長達1 000 m,，傳輸速率為9.6 kb/s；使用電力線時,最大傳輸距離為600 m,。
    EIB網(wǎng)絡是一個完全對等(peer-to-peer)的分布式網(wǎng)絡,。接入網(wǎng)絡的每個設備具有同等的地位，不存在中央控制設備,。為了讓EIB系統(tǒng)能夠適用于不同規(guī)模和復雜度的電氣安裝系統(tǒng),，特別在構架上進行了層次規(guī)劃。其網(wǎng)絡拓撲如圖1,。從圖中可以看出,，網(wǎng)絡采用了域(Domain)、區(qū)(Area),、線(Line)的分層結構[5],。

　每一條Line上最多可以連接和容納255個設備同時工作。通過線路耦合器(LK),，一個Area內(nèi)最多可容納15條(按照地址分配原則,理論上是可以容納15條Line,，但是工程中往往是不可行的)；而通過干線耦合器(BK),，一個Domain可容納15個Area,。這樣一個EIB系統(tǒng)最多(理論上)可容納255×15×15=65 025個設備，一般實際設計時為64×12×15=12 480個設備,。線,、區(qū)間連接通過特定的線耦合器(Line Coupler)和區(qū)耦合器(Area Coupler)實現(xiàn)[6]。
3 EIB調光系統(tǒng)的總體結構框圖
    EIB調光系統(tǒng)主要由三部分構成,，如圖2所示,，電容式觸摸感應按鍵、EIB調光驅動器,、和日光燈,。每個模塊中都有總線耦合器BCU，它主要實現(xiàn)EIB物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議,。

3.1 總線耦合器BCU
　 總線耦合器BCU包括三部分,如圖3所示,。FZE1066負責將EIB總線的信號解調成串行數(shù)字信號，同時也將FPGA發(fā)出的串行數(shù)據(jù)調制到EIB總線上,。發(fā)送數(shù)據(jù)時,，數(shù)字信號通過SEND管腳發(fā)送到FZE1056,，F(xiàn)ZE1056將數(shù)字信號經(jīng)過調制變成模擬信號，發(fā)送到總線上,。同時FZE1056接收EIB總線上的模擬信號變成數(shù)字信號,，通過QREC管腳發(fā)送出。FPGA在發(fā)送數(shù)據(jù)時,，通過接收QREC管腳的信號來判斷發(fā)送1 bit色數(shù)據(jù)是否成功,。

　 FPGA負責將單片機發(fā)送的并行數(shù)據(jù)轉成串行數(shù)據(jù)，發(fā)送給FZE1056,。同時FPGA也接收來自FZE1066的串行數(shù)據(jù),，并將其處理成8位的并行數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給MCU,。FPGA內(nèi)部功能模塊可以分成發(fā)送模塊,、接收模塊和信號合法性檢測模塊。
　 FPGA在向總線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時,也接收來自總線的數(shù)據(jù),，邊發(fā)送邊檢測，當發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收到的數(shù)據(jù)不一致時,，說明總線正忙,，BUSY線將輸出低電平。此時說明系統(tǒng)申請總線失敗,，退出發(fā)送,，進入等待狀態(tài)。
　 FPGA接收來自總線的數(shù)據(jù)時,，ROE管腳為低電平,，處于接收使能狀態(tài)，WOE管腳為高電平,，發(fā)送模塊處在禁止狀態(tài),。在接收數(shù)據(jù)時，也要進行數(shù)據(jù)的合法性檢測,。接收完1幀數(shù)據(jù)后,，要進行奇偶檢驗。當一幀數(shù)據(jù)接收完成,，并且奇偶校驗正確時,，INT為低電平，通知MCU有數(shù)據(jù)接收完成,，等待讀取,。當檢測到接收的數(shù)據(jù)不合法或奇偶檢驗錯誤時，ERR為低電平,，通知MCU,，當前數(shù)據(jù)接收錯誤,。
    MCU也包括3個功能部分:發(fā)送和接收數(shù)據(jù)模塊、功能定義模塊和RS485模塊,。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)模塊用于向FPGA發(fā)送8 bit的數(shù)據(jù)和接收來自FPGA的8 bit數(shù)據(jù),。功能定義模塊通過串口和PC機相連。MCU處于編程模式時,，PC機軟件通過串口將編譯好的系統(tǒng)功能發(fā)送給MCU,。MCU將系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)存在EEPROM中，上電重啟時,，當功能數(shù)據(jù)較小時,，將此部分數(shù)據(jù)拷貝到一個大的數(shù)據(jù)中，需要時,，從此數(shù)組中讀取數(shù)據(jù),。當功能數(shù)據(jù)較大時，只拷貝一部分數(shù)據(jù)到大的數(shù)組中,，當需要的數(shù)據(jù)不在數(shù)組中時,，再拷貝余下的部分到數(shù)組中。RS485模塊,，主要是兼容RS485的設備,，功能與EIB是一樣的，只是連接的總線不一樣,。
3.2 電容式觸摸感應按鍵
    觸摸按鍵的原理：在任何兩個導電的物體之間都存在電容,，電容的大小與介質的導電性質、極板的大小與導電性質,、極板周圍是否存在導電物質等有關,。PCB 板(或者FPC)之間兩塊露銅區(qū)域就是電容的兩個極板，相當于一個電容器,。當人體的手指接近PCB 時,，由于人體的導電性，會改變電容的大小,。觸摸按鍵芯片檢測到電容值大幅升高后,，輸出開關信號。
    本系統(tǒng)采用IQS221設計的電容式觸摸感應按鍵,，該芯片有如下技術特點：(1)一個IQS221芯片可以實現(xiàn)高達45個觸摸按鍵,；(2)輸出支持直接電平Direct、BCD 編碼,、SPI,； (3)自動環(huán)境補償，內(nèi)嵌Regulator；(4)接近感應,、觸摸靈敏度可調整,；(5)可以穿透絕緣面板(如塑料或玻璃等)感應觸摸。
    一個按鍵控制器上可以接一個按鍵模塊,，也可以接多個按鍵模塊,，當接多個按鍵模塊時，按鍵控制器與鍵盤設備之間的通訊采用主動輪詢的方式,，按鍵控制器發(fā)送命令的格式隨按鍵控制器與鍵盤設備的不同聯(lián)接狀態(tài)而變化,。
3.3 調光驅動電路
    如圖4所示是調光驅動電路部分，它接收來自串口的命令字,。這些命令字接收后,，經(jīng)過處理獲得PWM的參數(shù)，MCU將產(chǎn)生相應占空比的PWM信號,。PWM經(jīng)過后一級電路處理后,，輸出的是PWM有效值大小的直流信號。這個直流信號的0~10 V之間,，它用于控制可調光整流器,。調光整流器輸出交流信號，最終控制燈光的亮度,。

    一個完整的調光模塊需要EIS1,、EIS2和EIS6。其中EIS1是開關控制規(guī)范,，由一個bit表示開關；EIS6是百分比,，由一個8 bit的數(shù)據(jù)表示0%-100%,，用于調光值的表示；EIS2是調光規(guī)范,，包含如下3個子功能[4],。
    Position(開關位置)：此功能決定調光執(zhí)行器的開關狀態(tài)。每次切換開關狀態(tài)或通過縱向寫入Position狀態(tài)時,調光執(zhí)行器將向總線發(fā)出一個發(fā)生請求信號,，然后將狀態(tài)值以相同組地址發(fā)送,。
    Control(相對調光)：如圖5所示，此功能用于遞增或遞減一個調光的步進值(相對調光),。調光執(zhí)行器可利用其子功能開啟執(zhí)行器,，但無關斷功能[2]。

    Value(絕對調光)：如圖6所示,，此子功能可直接對調光執(zhí)行器設定目標值(絕對調光),。調光執(zhí)行器可利用其子功能對執(zhí)行器進行接通或關斷。
    EIB技術和產(chǎn)品對于中國用戶是全新的概念和系統(tǒng)，系統(tǒng)集成商和最終用戶需要通過越來越多的實際項目來熟悉該系統(tǒng),。作為開放和集成的技術標準,，EIB系統(tǒng)在中國有著良好的應用前景，將為中國的智能建筑領域同國際接軌起到推動作用,。
    本系統(tǒng)采用FPGA和單片機結合設計EIB的BCU部分,，使得系統(tǒng)具有強大的兼容性和開放性，可通過硬件接口同樓字自控系統(tǒng),、物業(yè)管理系統(tǒng),、安防系統(tǒng)集成，符合智能大廈的發(fā)展趨勢,，靈活性更強,。采用FPGA的并行性，使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理實時性更強,。
參考文獻
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[3] 郭銳, 張玉潤, 金毅.基于EIB協(xié)議的現(xiàn)場總線應用模塊開發(fā)[J]. 電子技術, 2003(10):32-35.
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