基于EIB总线协议的双值输出设备的设计开发
基于EIB总线协议的应用模块开发
２５６
ＰＥＩ类 型
４ 两路输入 两路输出
１＃ ＧＮ
表 １ ＰＥＩ 接口类型定义 Ｔａｂｌｅ １ ＰＥＩ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｙｐｅ
ＰＥＩ引 脚 号 码 及 功 能 定 义
３＃
４＃
５＃
６＃
Ｏｕｔｐｕｔ１ Ｉｎｐｕｔ１
＋５Ｖ
Ｒｔｙｐｅ
ＰＣ４
ＰＤ５
ＰＤ４
ＰＣ３
第 ２２ 卷
Ｖｏｌ． ２２ Ｎｏ． ２ Ｍａｒ． ２００６
科技通报
ＢＵＬＬＥＴＩＮ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
第 ２２ 卷 第 ２ 期 ２００６ 年 ３ 月
基于 ＥＩＢ 总线协议的应用模块开发
刘彦鹏， 吴明光， 刘 锴
（ 浙江大学 信息科学与工程学院， 杭州 ３１００２７）
摘 要： ＥＩＢ（ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ Ｂｕｓ） 产品在发达国家已得到了广泛的应用， 在中国市场前景广阔。因 此基于 ＥＩＢ 总线协议的应用模块开发是该领域值得研究的课题。在总结了基于 ＥＩＢ 协议产品开发过 程的基础上， 通过一个 ＥＩＢ 的典型产品－ 开关按钮， 重点阐述了基于 ＥＩＢ 标准开发楼宇自动化产 品的 具体方法和工作流程。模块能够与 ＡＢＢ、Ｓｉｅｍｅｎｓ 公司的产品无缝连结、互联互操， 并通过了 ＥＩＢ 中国 培训中心的功能测试。
在本例中， 定义了两个通信对象： （ １） 发送对 象“ｓｅｎｄｉｎｇ＿ｏｂｊｅｃｔ”， 用于发送开关状态； （ ２） 接收 对象“ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ＿ｓｔａｔｅ＿ｏｂｊｅｃｔ”， 用于接收被 控对 象
第２期
吴明光等． 基于 ＥＩＢ 总线协议的应用模块开发
２５７
图 ３ 用户程序流程图 Ｆｉｇ．３ Ｕｓｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ
EIB总线原理与实例分析
EIB总线原理与实例分析EIB（European Installation Bus）总线是一种用于建筑自动化系统的通信协议，它允许各种设备在建筑中进行互联互通。
EIB总线可以集成各种设备，如照明控制、暖通空调控制、安防系统等，并通过一个统一的总线进行集中管理和控制。
本文将对EIB总线的原理进行分析，并通过一个实例来说明其应用。
1.线路结构：EIB总线采用双绞线或光纤进行数据传输，其中双绞线可以分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。
这些线路可以传输双向数据和电源供应。
2.设备结构：EIB总线可以连接各种不同的设备，如传感器、执行器、开关等。
每个设备都具有一个独特的地址，可以通过总线进行通信和控制。
设备可以是传感器将状态信息发送到总线上，也可以是执行器执行命令来改变状态。
3.通信协议：EIB总线使用了一种开放的通信协议，基于传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）。
它提供了可靠的数据传输和通信机制，确保数据的完整性和可靠性。
为了更好地理解EIB总线的应用，下面以一个智能家居系统为例进行分析。
一个智能家居系统可以包括照明控制、暖通空调控制、安防系统等。
这些设备可以通过EIB总线进行连接和控制。
以照明控制为例，假设智能家居系统中有多个灯，每个灯都连接到EIB总线上。
首先，每个灯上都有一个传感器，用于检测是否需要打开或关闭灯。
传感器可以发送信号到EIB总线上，告诉总线当前灯的状态。
例如，当检测到光线变暗时，传感器会发送一个信号告诉EIB总线需要打开灯。
在EIB总线上，有一个中央控制器，它可以接收来自传感器的信号，并根据信号的内容来控制灯的状态。
例如，当收到打开灯的信号时，控制器会发送一个命令给对应的灯，让它打开。
同样地，当收到关闭灯的信号时，控制器会发送一个命令给对应的灯，让它关闭。
除了传感器和控制器，EIB总线还可以连接其他的设备，如开关。
开关可以用来手动控制灯的状态。
当开关被按下时，它会发送一个信号给EIB总线，告诉总线需要改变灯的状态。
基于EIB总线协议的应用模块的设计与实现
Ｔｈ ｓｇ ｆ ｈ ｐｉａ ｉｎ Ｍｏ ｕｅ Ｂ ｓ ｄＯｎ Ｐｒｔ ｃ ｌ ｅ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｅＡｐ ｌ ｔ ｄ ｌ ａ ｅ ｏｏ ｏ Ｂ ｔ ｃ ｏ ＥＩ
Ｓ ＨＡＮ Ｂ ｏｍｉｇ Ｚ ａ － ｎ ， ＨＯＵ ｈ ｎｌ Ｓ Ｎ ｎ －ｕ Ｃ ｕ －， ＨＥ Ｑｉｇｈ ａ ｉ
１ 引 言
ＥＢ Ｉ 系统是随着灵活方便的电气安装和低能耗的需求而发展 起来的 。它所使用 的总线技术称为欧洲安装总线 Ｅ Ｂ Ｅ ｒｌ．ｎ Ｉ （ｕ ｏ ａ ￣
应用模 块（ ＡＭ－Ａ ｐｉａｉｎ ｍｏ ｕｅ构成。ＢＣ ｐ ｌ ｔ ｄ ｌ） ｃ ｏ Ｕ和 Ａ 之 间通 Ｍ 过一个 １ 针或者 １ ０ ２针的物理外部接 口（Ｅ － ｈ ｓ ｌＥ ｔｒａ Ｐ Ｉ Ｐ ｙ ｉ ｘ ｅｎ ｌ ａ ｃ
（ ｌ ｇ ｆ ｔｍａ ｏ ｎ Ｅ ｅｔ ｎｃ Ｑｉｇ ａ ｎｖ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｅ ｄＴ ｈ ｏｏ ｙ Ｑｉｇ ａ ６ ０ ２ Ｃ ｉａ Ｃｏｌ ｅｏ Ａｕｏ ｔ ｎａ ｄ ｌｃｒ ｉ， ｎ ｄ ｏＵ ｅｓ ｙｏ Ｓ ｉ ｃ ａ ｅ ｎ ｌｇ ， ｎ ｄ ｏ２ ６ ４ ， ｈｎ ） ｅ ｉ ｏ ｉ ｔ ｅ ｎ ｃ
成相应的电气工作 （ 如开闭、 控制 、 监视等 ）同时具有可操作功 ， 能的多榉 陛等特点【。目前， Ｉ ＥＢ产品全部是从国外进 口的 ， 价格 较高 ， 只有国家大型项 目才能承担得起 ， 很难走进—般 的楼宇 、 住 宅。 国内的ＥＢ市场也基本 由Ａ Ｂ和西门子两家公司垄 断。 Ｉ Ｂ 因此 研究、 开发具有 自主知识产权 、物美价廉的 ＥＢ产品将具有极其 Ｉ
单 宝 明 ，周 春 丽 ，申庆 花
（ 青岛科技大学 自动化与电子工程学院，山东 青岛 ２ ６４ ） ６ ０ ２
EIB协议简介
EIB总线协议研究刘威南昌航空工业学院电子工程系 (330063)E-mail: anew_flyfree@摘 要：简要介绍了EIB（European Installation Bus）系统的概念、拓扑结构、通讯协议、通讯媒质、以及EIB网络管理和寻址。
并对欧洲安装总线的层次进行了分析。
关键字：EIB（欧洲安装总线），网络拓扑，通讯协议，网络管理与寻址，OSI参考模型传统的电气安装技术中，各个功能模块有各自的系统，这就造成大量的线缆敷设，大量的管线不仅使安装调试工作复杂，还相应带来一系列问题：安装时间和调试时间增长；可靠性降低；火灾风险加大；不同系统难以兼容；运营和维护费用较高；建筑物使用功能变化时相应改动困难等等。
所以面对现代建筑所要求的方便性、经济性、灵活性、安全性、兼容性和功能多样性，传统的电气安装技术已不能完全满足其要求，随着人们生活水平的提高， 计算机和信息技术的发展，人们对家庭楼宇的智能化、网络化、个性化的需求越来越高。
最新的传感技术、微处理器技术、总线技术、计算机及网络技术都可以找到用武之地。
家庭楼宇自动化系统的发展可以说经历了三个阶段：最初，温度、照明等被控量往往由各个独立的电气自动化设备进行调节；第二阶段，总线技术得到广泛应用,各种设备构成一个集散控制系统；当前，随着Internet技术的飞速发展，家庭楼宇自动化技术与网络迅速集成，实现了设备的远程监控。
新型的家庭楼宇自动化系统比较理想地满足了人们对高质量生活的需求。
它体现出来的优越性主要有：总线制使设计师工作更加快捷简便；电缆根数大大减少，安装更加简易；施工和安装完成时间减少；结构简单使火灾风险降低；维护简单；适应房屋功能变化，易于扩展，无须对现有电缆改动；最大限度降低能源费用。
1. EIB协议概况1990年5月8日，由110多个欧洲电气制造商联合成立了EIBA(EIB Association,欧洲安装总线协会)[1]，总部设于比利时的布鲁塞尔，并制订了欧洲安装总线规范European Installation Bus。
基于PCIE总线协议的数据采集设备驱动程序实现_刘波
数据是否传输完 ／ ／毕， 并做相应处理
／V 当 ＤＭＡ 传输结束时， 数据可能还在 ＩＯ 缓冲寄存器中， 但还没有更新
到系统内存中， 这样 ＣＰＵ 可能访问到错误的数据， 为了保持一致性， 还
应该刷新 ＩＯ 缓冲寄存器
中的数据 V／
ＤＷＯＲＤ ＷＤ＿ＤＭＡＳｙｎｃ Ｉｏ（ＨＡＮＤＬＥ ｈＷＤ，ＷＤ＿ＤＭＡ Vｐ ＤＭＡ）^
《工业控制计算机》２００７ 年 ２０ 卷第 ７ 期
２９
２．２ 数据采集卡驱动程序实现 ２．２．１ 获得板卡信息
板 卡 信 息 主 要 包 括 厂 家 ＩＤ 号 ， 设 备 内 存 映 射 空 间 ， 设 备 所 在插槽号以及其他设备专用配置信息。只有获得了板卡信息才 能实现对板卡的访问。这些信息通过下面两个函数得到：
图 １ 数据采集卡结构 上层应用程序通过驱动程序将采集卡数据传送到计算机 中。数据传输有两种模式 ： ＰＩＯ 模式和 ＤＭＡ （ 直 接 内 存 访 问 ） ， ＰＩＯ 模 式 主 要 实 现 计 算 机 和 数 据 采 集 卡 之 间 的 命 令 传 输 ； ＤＭＡ 模式主要针对大块数据传输， 传输过程中不需要经过 ＣＰＵ， 数 据直接从板卡传送到内存中， 数据传输的速率比较快， 可以充分 利用 ＰＣＩＥ 数据带宽。
ｖｏｉｄ ＷＤ＿ＰｃｉＧｅｔＣａｒｄ Ｉｎｆｏ（ＨＡＮＤＬＥ ｈＷＤ， ＷＤ＿ＰＣＩ＿ＣＡＲＤ ＿ＩＮＦＯVｐ Ｐｃ ｉＣａ ｒｄ ）： 这 个 函 数 获 取 ＰＣＩ 设 备 的 资 源 信 息 ， 例 如 内 存资源、ＩＯ 资源 ｒｎｅ ｌ 登记硬件板卡信息
对 板 卡 信 息 的 登 记 是 通 过 结 构 ＷＤ＿ＣＡＲＤ＿ＲＥＧＩＳＴＥＲ 来 实现的， 它包含了硬件的各项信息。这些信息可以通过第一步中 的两个函数获得。在确定了 ＷＤ＿ＣＡＲＤ＿ＲＥＧＩＳＴＥＲ 结构后调用 函 数 ＷＤ＿Ｃａｒｄ Ｒｅｇ ｉｓ ｔｅｒ （ＨＡＮＤＬＥ ｈＷＤ， ＷＤ＿ＣＡＲＤ＿ＲＥＧＩＳ－ ＴＥＲ Vｐ Ｃａ ｒｄ Ｒｅ ｇ ）向 Ｗｉｎｄ ｒｉｖｅ ｒ Ｋｅ ｒｎｅ ｌ 登记板卡。 ２．２．３ 访问卡上资源并实现数据传输
EIB总线原理与实例设计方法
（ 上接 第 １ ２页） ０
插八 明细 表 图块 的程 序 与 插八 标题 栏 图块 的 程序 类似 ． 同的 是一 张 图纸 只有 一 个标 题栏 而 不
Ｉ ＩＩ １ｌ： ０ Ｉ 图 纸可 能 有 多条 明细 数 据 ＋在程 序 设 计时 需
家 庭 中的 照 明
以及空气调节等各种设备连接起来 ． 协同工作 而Ｅ Ｉ Ｂ现场总线技术在家庭控制系统 越来越受 到广泛的重视 ．尤其是 在照明控 制系统 中的应
用 ．它改 变 了传 统 照 明系 统模 式 单 一 线 路 安装
复 杂 ．运 行 不经 济 等 状况 的控 制 方 法 ． 决 了传 解
在 Ｅ 协议标准 中 Ｉ Ｂ 定义 了两种 类型的地址：
物 理 地 址 （ｈ ｓｃ Ｉ ｄｅ ｓ Ｐ ｙ ｉａ Ａｄ ｒｓ ）和 组 地 址 （ ｏ ｐ Ｇｒｕ
ａｄ ｓ ） ｄ ｒ ｓ 。物理地址 用来标识每一 个元件 的身份 ， ｅ 在系统 中 每一个元件都有一个 属于 自己的唯一 的物理地址 为 了方便调试 ， 个地址 一般都按 这 照该元件在整个拓扑 中的位 置来设定 有 了物理 地址 元件可 以很方便地进 行标 识 ， 通过总线 并
—
信息” 对话框． 通过该对谲框可以输人图纸标题
栏 的 信 息 ． 单 击 “ 加 到 图 纸 按 钮 可 以 在 添 Ａ ｔＣ 图 纸 上添 加标 题 栏 和 对应 数 据 ． 击 屏 ｕｏ ＡＤ 荤 幕 指定 ”按钮 可 以提 取 Ａｕｏ ＡＤ图纸 上 已 有 的图 ｔＣ 栏 信 息 ．自动 填人 到 相 应 的输 ＾ 框 。此外 ．对 图
按 钮 完 成 修 改 后 单 击 添 加 到 图纸 按
圈３
Ｎ ｅ×
Ｅ ｄ Ｓｕ ｎ ｂ
基于EIB的调光系统的实现
一个完整的调光模块需要EIS1、EIS2和EIS6。其中EIS1是开关控制规范，由一个bit表示开关；EIS6是百分比，由一个8 bit的数据表示0%-100%，用于调光值的表示；EIS2是调光规范，包含如下3个子功能[4]。 Position(开关位置)：此功能决定调光执行器的开关状态。每次切换开关状态或通过纵向写入Position状态时,调光执行器将向总线发出一个发生请求信号，然后将状态值以相同组地址发送。 Control(相对调光)：，此功能用于递增或递减一个调光的步进值(相对调光)。调光执行器可利用其子功能开启执行器，但无关断功能[2]。
3.1 总线耦合器BCU 总线耦合器BCU包括三部分,。FZE1066负责将EIB总线的信号解调成串行数字信号，同时也将FPGA发出的串行数据调制到EIB总线上。发送数据时，数字信号通过SEND管脚发送到FZE1056，FZE1056将数字信号经过调制变成模拟信号，发送到总线上。同时FZE1056接收EIB总线上的模拟信号变成数字信号，通过QREC管脚发送出。FPGA在发送数据时，通过接收QREC管脚的信号来判断发送1 bit色数据是否成功。
FPGA负责将单片机发送的并行数据转成串行数据，发送给FZE1056。同时FPGA也接收来自FZE1066的串行数据，并将其处理成8位的并行数据，然后发送给MCU。FPGA内部功能模块可以分成发送模块、接收模块和信号合法性检测模块。 FPGA在向总线发送数据的同时,也接收来自总线的数据，边发送边检测，当发送的数据和接收到的数据不一致时，说明总线正忙，BUSY线将输出低电平。此时说明系统申请总线失败，退出发送，进入等待状态。 FPGA接收来自总线的数据时，ROE管脚为低电平，处于接收使能状态，WOE管脚为高电平，发送模块处在禁止状态。在接收数据时，也要进行数据的合法性检测。接收完1帧数据后，要进行奇偶检验。当一帧数据接收完成，并且奇偶校验正确时，INT为低电平，通知MCU有数据接收完成，等待读取。当检测到接收的数据不合法或奇偶检验错误时，ERR为低电平，通知MCU，当前数据接收错误。 MCU也包括3个功能部分:发送和接收数据模块、功能定义模块和RS485模块。发送和接收数据模块用于向FPGA发送8 bit的数据和接收来自FPGA的8 bit数据。功能定义模块通过串口和PC机相连。MCU处于编程模式时，PC机软件通过串口将编译好的系统功能发送给MCU。MCU将系统功能数据存在EEPROM中，上电重启时，当功能数据较小时，将此部分数据拷贝到一个大的数据中，需要时，从此数组中读取数据。当功能数据较大时，只拷贝一部分数据到大的数组中，当需要的数据不在数组中时，再拷贝余下的部分到数组中。RS485模块，主要是兼容RS485的设备，功能与EIB是一样的，只是连接的总线不一样。3.2 电容式触摸感应按键 触摸按键的原理：在任何两个导电的物体之间都存在电容，电容的大小与介质的导电性质、极板的大小与导电性质、极板周围是否存在导电物质等有关。PCB 板(或者FPC)之间两块露铜区域就是电容的两个极板，相当于一个电容器。当人体的手指接近PCB 时，由于人体的导电性，会改变电容的大小。触摸按键芯片检测到电容值大幅升高后，输出开关信号。 本系统采用IQS221设计的电容式触摸感应按键，该芯片有如下技术特点：(1)一个IQS221芯片可以实现高达45个触摸按键；(2)输出支持直接电平Direct、BCD 编码、SPI； (3)自动环境补偿，内嵌Regulator；(4)接近感应、触摸灵敏度可调整；(5)可以穿透绝缘面板(如塑料或玻璃等)感应触摸。 一个按键控制器上可以接一个按键模块，也可以接多个按键模块，当接多个按键模块时，按键控制器与键盘设备之间的通讯采用主动轮询的方式，按键控制器发送命令的格式随按键控制器与键盘设备的不同联接状态而变化。3.3 调光驱动电路 是调光驱动电路部分，它接收来自串口的命令字。这些命令字接收后，经过处理获得PWM的参数，MCU将产生相应占空比的PWM信号。PWM经过后一级电路处理后，输出的是PWM有效值大小的直流信号。这个直流信号的0~10 V之间，它用于控制可调光整流器。调光整流器输出交流信号，最终控制灯光的亮度。
EIB总线概述
总线概述基本介绍EIB（European Installation Bus），是电气布线领域使用范围最广的行业规范和产品标准。
现已成为国际标准ISO/IEC 14543-3，并于2007年正式成为中国国标GB/Z 20965-2007。
EIB最大的特点是通过单一多芯电缆替代了传统分离的控制电缆和电力电缆，并确保各开关可以互传控制指令，因此总线电缆可以以线型、树型或星型铺设，方便扩容与改装。
元件的智能化使其可以通过编程来改变功能，既可独立完成诸如开关、控制、监视等工作，也可根据要求进行不同的组合。
与传统安装方式比较，EIB不增加元件数量而实现了功能倍增，从而具有了高度的灵活性。
它的开放性更使得不同公司基于EIB协议开发的电气设备可以完全兼容，并为后续公司进入EIB市场提供可能。
EIB系统既是一个面向使用者、体现个性的系统又是一个面向管理者的系统，使用者可根据个人的喜好任意修改系统的功能，达到自己所需要的效果，并可通过操作探测器（如按钮开关等）来控制系统的动作；另一方面， EIB系统还提供基于Windows的软件平台，管理者（如小区物业中心、大楼管理中心、车库管理处等）将安装此套软件的计算机连接至EIB系统即可对EIB系统进行控制并进行管理，从而达到集中管理的功能。
发展历史1990年5月8日，以ABB、SIEMENS、MERTEN、GIRA、JUNG等共七家欧洲著名的电气产品制造商为核心组成联盟，制订了欧洲安装总线规范（European Installation Bus），成立了中立的非商业性组织EIBA（European Installation Bus Association，欧洲安装总线协会），EIBA会员占据了欧洲楼宇、家庭自动化设备销售额的80%。
自EIB于1992年第一次出现在德国汉诺威交易会以来，一场翻天覆地的电气安装革命已经悄悄地开始了。
据统计，在德国的商业功能建筑和大型超市中，大约30%的楼宇都不同程度地安装了EIB系统，而在计划建造的楼宇中，这一比例则达到了60%。
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０引言欧洲安装总线（ＥｕｒｏｐｅａｎＩｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎＢｕｓ，ＥＩＢ）是当今建筑和家庭自动化领域最重要的协议，它于１９８０年被提出，１９９０年早期传入德国并获得了巨大的成功。
为了保证新产品的兼容性和公平性，ＥＩＢＡ（ＥＩＢＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）在布鲁塞尔建立，它按照自己的程序严格检验所有新产品。
１９９９年，ＥＩＢ进入中国，厦门国际会展中心、大连国贸中心、北京朝阳区体育馆、上海新国际博览中心、浙江人民大会堂等都是ＥＩＢ的成功应用案例［１］。
目前，ＥＩＢ已占据国内商用智能楼宇近３０％的市场份额，阻碍ＥＩＢ进入日常家庭的主要是其高昂的价格，因此进行ＥＩＢ设备的自主研发并将其产品国产化，具有非常深刻的意义。
ＥＩＢ总线上的设备是通过携带地址的报文（ａｄｄｒｅｓｓｅｄｔｅｌｅｇｒａｍｓ）实现相互之间通讯的，这种通讯并不依赖于单一的主节点，而是被连接到总线上的所有设备所控制。
总线设备可以分为功能性设备和辅助性设备。
功能性设备即实现某些特定的楼宇、家庭自动化控制功能，具备总线通信能力的设备，例如：按钮开关，双值输出，双值输入，窗帘驱动器，调光驱动器，定时器，线／区／域耦合器和各类环境参数检测传基于ＥＩＢ总线协议的双值输出设备的设计开发姚帅，杨群勇，吴明光，刘锴（浙江大学系统工程研究所，杭州３１００２７）摘要：随着计算机、通讯和网络技术的巨大发展，家庭自动化逐渐走入人们的生活。
欧洲安装总线是家庭自动化领域一个非常重要的协议。
本文在分析ＥＩＢ总线协议在智能楼宇家居领域应用状况的基础上，给出了在ＥＩＢ总线系统中应用非常广泛的一个执行器设备———双值输出模块的解决方案。
关键词：欧洲安装总线；双值输出；ｓ１９格式文件中图分类号：ＴＰ３３４．３文献标识码：Ａ文章编号：１００１－７１１９（２００７）０２－０２４３－０５ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＢｉｎａｒｙＯｕｔｐｕｔＭｏｄｕｌｅｂａｓｅｄｏｎＥＩＢＰｒｏｔｏｃｏｌＹＡＯＳＨｕａｉ，ＹＡＮＧＱｕｎ－ｙｏｎｇ，ＷＵＭｉｎｇ－ｇｕａｎｇ，ＬＩＵＫａｉ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｎｅｔｗｏｒｋ，ＨｏｍｅＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＨＡ）ｉｓｓｔｅｐｐｉｎｇｉｎｔｏｏｕｒｄａｉｌｙｌｉｆｅ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥｕｒｏｐｅａｎＩｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎＢｕｓ（ＥＩＢ）ｏｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｄｅｓｉｇｎｏｆｂｉｎａｒｙｏｕｔｐｕｔｍｏｄｕｌｅｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＩＢ；ｂｉｎａｒｙｏｕｔｐｕｔｍｏｄｕｌｅ；ｓ１９ｆｉｌｅｆｏｒｍａｔ收稿日期：２００５－１０－２６基金项目：８６３计划（Ｎｏ：２００３ＡＡ１Ｚ１１４０），国家科技部创新基金（Ｎｏ：０１Ｃ２６１１３３００８７０），浙江省科技厅项目（０１１１０１２５０）作者简介：姚帅（１９８２－），男，硕士研究生，主要研究方向为智能家居及ＥＩＢ总线协议第２３卷第２期２００７年３月科技通报ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．２３Ｎｏ．２Ｍａｒ．２００７科技通报第２３卷感器等等。
辅助性设备可以为ＥＩＢ总线提供必要的辅助功能，一般不具备通信能力，这些设备包括总线电源，扼流器，导轨等等。
而功能性设备从功能上划分，可分为两大类：传感器（ｓｅｎｓｏｒ）和执行器（ａｃｔｕａ－ｔｏｒ）。
传感器是指接受用户指令或感应环境参数变化的一类设备，是总线与用户之间的界面，如开关按钮，双值输入，遥控器，调光旋钮，定时器，移动传感器，环境参数传感器等等。
而执行器是指驱动家用电器单元的一类设备，是总线与控制对象之间的接口，如双值输出，调光驱动器，窗帘驱动器，阀门驱动器等等。
一个家庭、楼宇自动化功能的完成通常需要若干传感器与若干执行器的组合，最终形成一个由总线连接的，从用户指令到家电设备动作的自动化控制流程。
本文所研究的双值输出模块的设计开发，是ＥＩＢ总线上应用非常广泛的执行器设备。
１双值输出模块的应用背景自厦门国际会展中心ＥＩＢ控制系统２０００年８月投入运行以来到现在，ＥＩＢ在中国已经完成了从市场导入向发展期的过渡。
从ＥＩＢ在中国的应用现状来看，大多数集中在灯光控制，其中以开关控制用量最大。
从ＥＩＢ系统集成商的调查可知，双值输出模块是国内用量最大的ＥＩＢ设备之一。
双值输出（ｂｉｎａｒｙｏｕｔｐｕｔ）是一个开关控制设备，一般用继电器实现控制，在实际应用中多用于开关量控制如灯光控制等。
一个双值输出设备可以包含一路或多路控制，其主要技术参数包括节点交流或直流电压，电流负载能力等。
由于双值输出模块用量很大，结构相对简单，而国外产品价格偏高（３０００￣４０００元），因此非常适于作为ＥＩＢ产品国产化研发的切入点。
２硬件设计ＥＩＢ总线设备由总线耦合单元（ｂｕｓｃｏｕｐｌｉｎｇｕｎｉｔ，ＢＣＵ）和应用模块（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ，ＡＭ）两部分构成（如图１），因此，将双值输出模块的硬件设计也分为ＢＣＵ模块和ＡＭ两个部分，两部分之间的接口由物理外部接口（ｐｈｙｓｉｃａｌｅｘｔｅｒｎａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＰＥＩ）实现。
２．１ＡＭ设计ＡＭ是双值输出的功能模块，硬件设计指标如下：（１）四路的双值输出；（２）触点的通断电压：２２０ＶＡＣ；（３）每一路的触点额定负载能力：５Ａ；（４）触点形式可选：常开（ｎｏｒｍａｌｌｙｏｐｅｎｅｄ）／常闭（ｎｏｒｍａｌｌｙｃｌｏｓｅｄ）。
根据设计指标要求，选择合适的继电器成为硬件设计的关键。
本文选择的继电器为：ＮａｉＳ的ＤＳＰ２ａ，其通断能力为５Ａ，２５０ＶＡＣ。
选用脉冲驱动，而非电压驱动的极化继电器，符合双稳态的要求，使得触点的常开／常闭可选；而且触点状态改变靠一个几十ｍｓ的电压脉冲驱动，而不是一个持续电平，因此消耗一个非常小的瞬时功率，总线电源的驱动能力已经足够。
一个继电器有两组触点，但是考虑到双值输出的四路触点要求各自独立控制，因此每个继电器只使用其中一组触点。
继电器有两对控制端，加上一个４０ｍｓ左右的１２Ｖ电压脉冲的时候，分别控制触点的吸合和断开状态。
图２是整个ＡＭ部分的电路图。
图中ＵＬＮ２８０３是一个反相驱动器，用于驱动继电器。
ＵＬＮ２０８３的输入引脚１￣８脚与ＢＣＵ芯片的Ｉ／Ｏ端口ＰｏｒｔＡ相连，输出引脚１１￣１８脚与四个继电器的控制端相连。
ＵＬＮ２８０３和继电器的电源ＶＤＤ（２４ＶＤＣ）均从总线上获得。
在ＥＩＢ总线通信中，可能存在因为某种原因使得通讯发生障碍的情况，此时ＥＩＢ总线上的开关模块（传感器部分）就会失去对双值输出模块（执行器部分）的有效控制。
尽２４４第２期管这种情况出现的概率非常小，但是从设备的充分可靠性考虑，在双值输出设备上附加一个手动开关，在紧急情况下人工进行控制，断开手动开关来切断提供给双值输出模块的２２０Ｖ电压（见图２）。
２．２ＢＣＵ设计严格意义上讲，ＢＣＵ－ＡＭ结构并不是ＥＩＢ设备实现的唯一方式，但目前总线通信的关键元件，协议解析芯片只有Ｓｉｅｍｅｎｓ一家公司提供。
该芯片是ＢＣＵ模块中的核心元件，本文称之为ＢＣＵ芯片。
目前有３００家ＥＩＢ厂商均采用该芯片，ＢＣＵ－ＡＭ结构就成为了事实上唯一的选择，ＥＩＢ协会也已经将Ｓｉｅｍｅｎｓ的ＢＣＵ芯片作为标准元件写入了协议文档。
目前，ＢＣＵ芯片有两个主要版本：ＢＣＵ１．ｘ和ＢＣＵ２．ｘ，分别基于Ｍｏｔｏｒｏｌａ的８位和１６位ＭＣＵ实现，其相应系统程序版本也不相同。
总的说来，ＢＣＵ２．ｘ功能更强，适合于要求较高的较为复杂的产品，ＢＣＵ１．ｘ则适用于功能简单的一般应用。
对于双值输出模块，ＢＣＵ１．ｘ已经足够，因此采用西门子公司的ＢＣＵ１．２芯片。
该芯片在Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的８位ＭＣＵ－ＭＣ６８ＨＣ０５Ｂ６的基础上，将ＥＩＢ系统程序固化于ＲＯＭ中，集成了系统程序后的芯片型号为ＺＣ４４１０１６ＣＦＮ［２］。
图３是ＢＣＵ芯片的内部功能结构。
基于ＥＩＢ总线协议的双值输出设备的设计开发２４５科技通报第２３卷整个ＢＣＵ模块的硬件结构中除了ＢＣＵ芯片，还有另外一个重要的芯片：总线收发芯片ＦＺＥ１０６５［３］。
该芯片负责将总线物理信号转换成为电平信号，并将２９ＶＤＣ的总线电压转换成５Ｖ和２４Ｖ电压为ＢＣＵ模块供电。
图４是该芯片与ＢＣＵ芯片连接电路。
总线信号经过一个耦合变压器将直流电源与交流信号分离，分别送到ＦＺＥ１０６５的３、１０、６、７引脚，ＦＺＥ１０６５将总线电源经过隔离和内部的开关电源变换通过８脚和１２脚分别输出５Ｖ和２４Ｖ。
从总线上接收到的信号经过变换通过２０脚向ＢＣＵ芯片输出，ＢＣＵ芯片发送的数据通过１７脚输入ＦＺＥ１０６５，ＦＺＥ１０６５将其转换为总线物理信号输出到总线上。
ＢＣＵ和ＡＭ之间的接口采用了自定义的ＰＥＩ形式，ＢＣＵ芯片的端口Ａ与继电器驱动ＵＬＮ２８０３相连，ＢＣＵ芯片的ＡＤ转换输入端监测２４Ｖ驱动电压，可以在继电器连续动作导致电压下降时采取保护性输出禁止，等电压恢复后再允许输出，防止因电压降低导致的误操作。
３软件设计软件设计即用户应用程序的设计。
ＢＣＵ１．２以ＭＣ６８ＨＣ０５Ｂ６单片机为基础，因此所用的编程语言为Ｍｏｔｏｒｏｌａ汇编语言。
用户应用程序设计实现的功能指标如下：（１）可设置每一路触点的常开（ｎｏｒｍａｌｌｙｏｐｅｎｅｄ）／常闭（ｎｏｒｍａｌｌｙｃｌｏｓｅｄ）；（２）可设置总线掉电时开关状态：保持（ｕｎｃｈａｎｇｅｄ）／打开（ｏｐｅｎｅｄ）／关闭（ｃｌｏｓｅｄ）；（３）可分别设置每路开／关的延时（ＯＮ／ＯＦＦＤｅｌａｙ），“开”延时与“关”延时分别设置；（４）４个开关通讯对象（ｏｂｊｅｃｔｓ）。
３．１编译工具Ｔａｓｍ２．８用户程序使用Ｍｏｔｏｒｏｌａ汇编语言完成，最终可下载到ＥＥＰＲＯＭ中的是编译后的Ｓ１９［４］格式的文件。
Ｓ１９文件格式是Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司目标文件格式。
它是以文本ＡＳＣＩＩ码的形式存储的编译后的二进制机器２４６第２期码。
文件由若干行文本组成，其中第一行文件头以Ｓ０标志开始，最后一行结尾标志以Ｓ９开头，中间的数据均以Ｓ１开头。
每一行的格式如图５所示。
任何一个可以将Ｍｏｔｏｒｏｌａ汇编语言编译成Ｓ１９文件格式的编译软件都可以作为用户程序的编程工具。
本文选择的是ＳｐｅｅｃｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司的Ｔａｓｍ２．８编译软件［５］。
３．２程序流程的ＦＳＭ（有限状态机）描述其中：①表示：总线电压低于１６Ｖ，继续监视；②表示：电压正常后开始查询触点对象值是否更新；③表示：若对象值更新，且延时为０，则直接输出；④表示：若对象值未更新，则进入定时查询；⑤表示：若定时器为０，返回查询下一个触点对象；⑥表示：若定时器不为０，进入定时等待状态；⑦表示：若定时未到，则返回查询下一个触点对象；⑧表示：若定时时间到，则进入定时空闲，定时器清零；⑨表示：输出；⑩表示：输出结束，开始新一轮循环３．３定义通信对象（４个发送对象）＃ＤＥＦＩＮＥＯＢＪ＿ＣＮＴ４ＣＯＭＭＴＡＢ．ＢＹＴＥＯＢＪ＿ＣＮＴ．ＢＹＴＥＲＡＭＦＬＡＧ；ＣｏｎｆｉｇＢｙｔｅ：ｂｉｔ７：ｍｕｓｔｂｅ１／＊ＯｂｊｅｃｔｓＤｅｓｃｒｉｐｔｏｒｓ＊／；ｂｉｔ６：ＴｒａｎｓｍｉｔＥｎａｂｌｅ：０＝ｎｏｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，１＝ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｏｓｓｉｂｌｅ；ｂｉｔ５：ＶａｌｕｅＭｅｍｏｒｙＴｙｐｅ：０＝ＲＡＭ，１＝ＥＥＰＲＯＭ；ｂｉｔ４：ＷｒｉｔｅＥｎａｂｌｅ：０＝ｄｉｓａｂｌｅｄ，１＝ｅｎａｂｌｅｄ；ｂｉｔ３：ＲｅａｄＥｎａｂｌｅ：０＝ｄｉｓａｂｌｅｄ，１＝ｅｎａｂｌｅｄ；ｂｉｔ２：ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎａｂｌｅ：０＝ｄｉｓａｂｌｅｄ，１＝ｅｎａｂｌｅｄ；ｂｉｔ１ｂｉｔ０：ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＰｒｉｏｒｉｔｙ：；１１＝ｌｏｗｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｒｉｏｒｉｔｙ，１０＝ｈｉｇｈｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｒｉｏｒｉｔｙ；０１＝ａｌａｒｍｐｒｉｏｒｉｔｙ，００＝ｓｙｓｔｅｍｐｒｉｏｒｉｔｙＯＢＪ０（￣３）．ＢＹＴＥｏｂｊ＿ａ，１１０１０１１１Ｂ，００Ｈ（下转第２７６页）基于ＥＩＢ总线协议的双值输出设备的设计开发２４７科技通报第２３卷４小结四路触点均可进行常开／常闭的属性设置，实现了开关延时功能，延时时间有１３０、２６０、５２０ｍｓ，１．０、２．１、４．２、８．４、１７、３４ｓ，１．１、２．２、４．５、９．０、１８、３５ｍｉｎ，１．２ｈ等１６种选择。