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。