基于KNX总线通信的网关设备开发

发布时间：2017-03-30 05:04

  本文关键词：基于KNX总线通信的网关设备开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：KNX作为新一代现场总线技术,凭借良好的互操作性和开放性、完善的通信机制以及支持多种通信介质等方面优势,在智能楼宇领域取得了广泛应用。随着智慧楼宇的不断发展,控制设备之间传递的信息量日益增加,对互操作性、互联也提出了更高的需求。本课题在对KNX通信内核研究的基础上,设计一种基于KNX通信协议的网关,实现KNX协议和TCP/IP协议的转换,实现KNX总线信号在高速以太网上的传输。KNX系统的扩展不再受传输距离的影响,而数据的传输量和传输速度也不再成为KNX系统的问题。从而实现楼层之间、楼宇之间的KNX设备的互联,推动楼宇建设向数字化、智能化方向发展,为打造智慧城市奠定基础。论文的主要工作总结如下:(1)分析了KNX总线技术和TCP/IP技术的工作原理、技术特点及通信协议。在此基础上,通过不同方案的对比,设计了系统总体架构及技术路线,最后完成了系统的软硬件设计。(2)完成了KNX通信模块的软硬件设计,KNX通信模块硬件部分以微控制器ATMEGA32为控制器,以FZE1066为收发器。软件部分主要分为驱动程序设计、系统程序设计以及应用程序,完成KNX通信内核在硬件平台上的开发。(3)完成了TCP/IP通信模块的软硬件设计,TCP/IP通信模块硬件部分以ARM Cortex-M3内核的微控制器STM32F103RE为主控制器,由电源模块、网络模块和接口模块组成。软件部分以μC/OS-II实时操作系统为核心,完成μC/OS-II的移植以及Lw IP协议栈的移植,实现标准的TCP/IP网络接口。(4)实现了KNX协议与TCP协议的转换,通过串口实现KNX通信模块与TCP/IP网络模块的交互,并实现了KNX-TCP/IP网关的信息过滤功能。(5)实现了网关与远端控制中心的通信协议的制定,实现远端控制中心对网关的参数设置、过滤表的设置以及对KNX节点设备的远程管理。测试结果表明,本论文开发的KNX-TCP/IP嵌入式网关设备运行稳定可靠,可扩展性强,网关设备在实现协议转换的同时,实现了网络管理和设备管理的功能,实现了网关的参数设置和KNX节点设备的远程控制。
【关键词】：KNX LWIP μC/OS-II 网关 智能楼宇
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.05
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-15
• 1.1 课题研究的目的与意义12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 课题研究内容13-14
• 1.4 论文的组织结构14
• 1.5 本章小结14-15
• 2 KNX及TCP/IP相关技术15-25
• 2.1 KNX总线技术15-21
• 2.1.1 系统拓扑结构15-16
• 2.1.2 KNX传输特点16-17
• 2.1.3 KNX报文格式17-18
• 2.1.4 KNX协议模型18-21
• 2.2 TCP/IP协议栈21-24
• 2.2.1 TCP/IP分层21-22
• 2.2.2 TCP/IP协议族22
• 2.2.3 TCP/IP报文的封装和分用22-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 系统总体方案设计25-31
• 3.1 系统需求分析25-26
• 3.2 系统设计方案26-29
• 3.2.1 微控制器的选型27
• 3.2.2 嵌入式操作系统27-28
• 3.2.3 嵌入式TCP/IP协议栈28-29
• 3.3 系统结构框架29-30
• 3.3.1 系统硬件框架设计29
• 3.3.2 系统软件框架设计29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 4 KNX-TCP/IP网关硬件设计与实现31-39
• 4.1 KNX通信模块硬件设计31-33
• 4.1.1 ATMEGA32 控制器31-32
• 4.1.2 FZE1066 收发控制器32
• 4.1.3 KNX收发器模块电路设计32-33
• 4.1.4 调试及下载接口电路33
• 4.2 TCP/IP通信模块硬件设计33-37
• 4.2.1 STM32F103RE控制器34
• 4.2.2 ENC28J60 以太网控制器34-35
• 4.2.3 电源模块电路35-36
• 4.2.4 主控制器外围电路36-37
• 4.2.5 TCP/IP网络模块硬件电路37
• 4.3 网关接口设计37-38
• 4.4 本章小结38-39
• 5 KNX-TCP/IP网关软件设计与实现39-67
• 5.1 KNX通信模块软件设计39-49
• 5.1.1 驱动程序设计39-40
• 5.1.2 系统程序设计40-48
• 5.1.3 应用程序设计48-49
• 5.2 TCP/IP通信内核软件设计49-60
• 5.2.1 uC/OS-II操作系统移植50-54
• 5.2.2 LwIP的移植54-56
• 5.2.3 用户程序设计56-60
• 5.3 远端控制中心与网关通信的实现60-66
• 5.3.1 命令格式60-61
• 5.3.2 通信协议61-66
• 5.4 本章小结66-67
• 6 系统的调试与功能测试67-73
• 6.1 参数设置68-70
• 6.2 测试待测网关的通信功能70-72
• 6.2.1 开关执行器的控制70-71
• 6.2.2 调光执行器的亮度控制和查询71-72
• 6.3 本章小结72-73
• 7 总结及展望73-75
• 7.1 总结73
• 7.2 展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-78
• 攻读学位期间发表的论文及专利目录78-79

【参考文献】

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