KNX通信内核的研究及其节点设备的开发

发布时间：2017-05-09 06:07

  本文关键词：KNX通信内核的研究及其节点设备的开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着物联网技术的发展,智慧楼宇作为物联网技术发展和应用的方向之一,在国内外迅速发展起来。KNX协议以其良好的交互性、开放性和适应性,目前已发展为世界上唯一的楼宇自动化领域的国际标准,成为全球楼宇自动化领域竞相发展的技术之一。国内对KNX技术的研究和应用起步比较晚,近年来国内相关单位和公司在系统集成和应用方面进行KNX相关技术的研究和产品的开发,对KNX协议的研究和底层开发的研究并不多。目前国内KNX产品开发中BCU(Bus Couple Unit,总线耦合单元)等依靠进口,KNX产品成本居高不下。开发具有自主知识产权的KNX协议栈,突破KNX核心技术的瓶颈,对KNX技术在国内的推广和应用具有现实意义。本课题在对KNX通信内核进行深入研究的基础上,完成了KNX BAU(Bus Access Unit,总线访问单元)的开发,同时开发出了基于KNX协议的调光执行器和楼宇照明控制终端设备。课题主要研究的内容有以下几个方面:(1)深入研究了KNX系统架构、网络拓扑、通信模型等。研究了KNX的OSI结构模型,对通信对象、组地址在KNX通信中的作用以及地址表、关联表和通信对象表之间的关系进行了深入的分析。对KNX协议各层的服务原语、服务接口和参数进行了分析,确定了KNX协议各层的设计和实现方法。(2)在对KNX协议全面理解的基础上,对KNX通信内核进行了深入的研究,分析了KNX通信内核硬件需求,提出了以低成本的8位单片机为硬件的通信内核的设计方案,确定了通信内核的硬件结构和软件架构,完成了KNX BAU的开发,并对KNX通信内核各层服务原语、接口的设计进行了详细说明。(3)完成了具有调光控制、场景预设、开关控制等功能的调光执行器的硬件设计、应用程序编写及功能测试。对KNX节点设备的开发流程、数据库的设计和建立等进行了全面的分析和说明。(4)在已开发的BAU的基础上,分析了KNX应用终端设备的需求,确定了以Cortex-M3为核心、以ATMEGA64为通信内核的设计方案,完成了楼宇照明控制终端的硬件设计和软件设计。软件设计基于uc/OS-II嵌入式操作系统,同时嵌入uc/GUI图形界面系统,为人机交互界面设计提供了方便。最后对照明控制终端的功能和性能进行了测试。(5)搭建了具有调光执行器和楼宇照明控制终端的KNX测试系统,通过设定参数,配置组地址,实现楼宇照明控制终端对调光执行器的控制,对照明控制终端和调光执行器的整体功能进行了测试。同时通过分析总线报文,验证了前期开发的KNX通信内核的正确性和完备性。
【关键词】：物联网 KNX通信内核 照明控制终端 ATMEGA64 Cortex-M3
【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】：TU855;TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 课题研究的背景、目的与意义12-14
• 1.1.1 课题研究的背景12-13
• 1.1.2 课题研究的目的及意义13-14
• 1.2 KNX技术研究现状14-15
• 1.3 研究内容及章节安排15-17
• 2 KNX总线技术17-28
• 2.1 KNX系统简介17-18
• 2.2 KNX网络拓扑结构18-19
• 2.3 KNX协议模型19-21
• 2.3.1 物理层19
• 2.3.2 数据链路层19-20
• 2.3.3 网络层20
• 2.3.4 传输层20
• 2.3.5 应用层20-21
• 2.4 KNX总线通信机制21-27
• 2.4.1 KNX总线寻址方式21-22
• 2.4.2 KNX通信对象和通信过程22-26
• 2.4.3 KNX协议数据帧格式26
• 2.4.4 KNX标准化数据点类型26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 KNX通信内核的研究28-53
• 3.1 KNX通信内核硬件平台设计28-31
• 3.1.1 硬件选型28-29
• 3.1.2 总体设计29-31
• 3.2 物理层实现31-34
• 3.2.1 物理层信号31-32
• 3.2.2 物理层接32-34
• 3.3 链路层实现34-35
• 3.3.1 链路层服务实现34-35
• 3.3.2 链路层参数35
• 3.4 网络层实现35-38
• 3.4.1 网络层服务实现35-38
• 3.4.2 网络层参数定义38
• 3.4.3 普通设备路由实现38
• 3.5 传输层实现38-41
• 3.5.1 传输层服务实现38-41
• 3.5.2 传输层参数41
• 3.6 应用层服务及协议41-46
• 3.6.1 应用层通信模式和服务原语41-44
• 3.6.2 应用层参数44-46
• 3.7 应用接.层设计46-50
• 3.7.1 组对象服务46-48
• 3.7.2 接口对象服务器48-50
• 3.8 用户应用程序实现50-52
• 3.8.1 KNX协议栈程序接50-52
• 3.8.2 用户程序实现52
• 3.9 本章小结52-53
• 4 基于KNX协议的调光执行器的设计开发53-68
• 4.1 KNX节点设备开发流程53
• 4.2 调光执行器整体功能设计53-54
• 4.3 调光执行器硬件设计54-55
• 4.4 调光执行器软件设计55-65
• 4.4.1 KNX节点设备软件开发流程55-56
• 4.4.2 调光执行器软件功能需求分析56-57
• 4.4.3 系统参数和应用参数确定57
• 4.4.4 数据库建立及下载57-63
• 4.4.5 用户应用程序设计63-65
• 4.5 模块调试65-67
• 4.6 本章小结67-68
• 5 基于KNX协议的楼宇照明控制终端的设计开发68-91
• 5.1 楼宇照明控制终端整体功能设计68
• 5.2 楼宇照明控制终端人机界面设计68-69
• 5.3 楼宇照明控制终端的硬件设计69-73
• 5.3.1 人机交互模块硬件设计70-73
• 5.3.2 KNX通信模块硬件设计73
• 5.4 楼宇照明控制终端的软件设计73-85
• 5.4.1 串口通信协议73-74
• 5.4.2 人机交互模块软件设计74-79
• 5.4.3 KNX通信模块软件设计79-85
• 5.5 模块调试85-89
• 5.6 本章小结89-91
• 6 总结与展望91-93
• 6.1 本文工作总结91
• 6.2 未来工作展望91-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-97
• 攻读学位期间发表的论文及专利目录97-98

【共引文献】

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 王纪章;基于物联网的温室环境智能管理系统研究[D];江苏大学;2013年

2 陈颖;基于情境感知的智慧校园体系及运营模式探究[D];北京交通大学;2014年

3 郭雨齐;面向物联网的短距离传输频率及数据碰撞的检测与修复方法[D];吉林大学;2014年

4 程超;面向物联网的定位系统链路选择与分配[D];吉林大学;2014年

5 黄俊杰;模型约束下的无线传感网覆盖优化技术研究[D];南京邮电大学;2014年

6 田勇;室内无线传感器网络环境自适应定位和路由算法研究[D];大连理工大学;2014年

7 苏美文;物联网产业发展的理论分析与对策研究[D];吉林大学;2015年

8 秦大力;基于知识管理的设备故障智能诊断模型研究[D];湖南大学;2014年

9 卢旭;物联网节点调度及目标跟踪策略研究[D];广东工业大学;2015年

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本文编号：351948