智能楼宇综合布线毕业论文

基于嵌入式技术楼宇智能化控制系统*摘要:为了解决智能楼宇控制点种类和数量多的问题,设计了基于嵌入式技术的智能楼宇控制系统,系统采用MODBUS通讯协议,485/232总线结构,最大通讯距离达1200m,通过区域控制器与控制模块数目自由组合组成控制网络的方法成功解决这个问题,效果良好。关键词:智能楼宇 MODBUS协议 485/232总线 区域控制器0 引 言智能楼宇最早出现在美国,我国的智能楼宇起源于20世纪90年代,楼宇智能化是现代工业高科技的结晶,是未来“信息高速公路”的主节点,是进入“数字时代”新兴的产物。所谓楼宇自动化系统是对中央空调系统、通风系统、给排水系统、照明系统、变配电系统、电梯系统进行监控。随着高新信息技术和计算机网络技术的高速发展,对建筑物的结构、系统、服务及管理的最优化组合的要求越来越高[4]。系统控制的方式由过去的中央集中监控,转而由高处理能力的现场控制器所取代的集散控制系统,本文设计的楼宇自动化智能控制系统是专门为楼宇智能化所设计,同霍尼韦尔、西门子等楼宇控制产品相比结构灵活,控制简便,并且易于针对个体需求进行软件的二次开发。1 网络结构控制系统结构如图1所示,分为三个控制层。上层为PC远程集中监控,下层为控制模块,中间层为现场区域控制器。层与层之间通过RS232/485总线联网。远程集中监控平台主要功能为提供即时的数据显示、历史数据的保存维护和查询显示、故障报警和故障历史查询、参数修改和查询。PC远程监控平台为主要人机界面,所以上位机软件设计体现了如下三个优点:一是将控制网络WEB化,可以将不同来源、不同格式的信息转变为统一的格式,供具有统一界面的客户机浏览器浏览,以更好地适应信息化社会的使用需要;二是建立了基于SQL SERV-ER数据库的管理信息系统,提高了信息管理的功能;三是采用开放式设计的网络结构,可以更方便地与其他系统(如安保系统、消防系统)进行集成。软件基于delphi平台开发,加载大量图形操作,简单方便。控制模块包括四种,即数字量输入模块(Digital In-put)、数字量输出模块(DigitalOutput)、模拟量输入模块(Analog Input)、模拟量输出模块(AnalogOutput)。控制模块是控制系统的主要执行机构,即采集数字量信号和模拟量信号,也输出数字量信号和模拟量信号。因此每种模块各自拥有单独的控制芯片,既接受现场区域控制器的控制命令,又需要根据控制命令完成模块的输入输出功能。中间层现场区域控制器既与PC远程监控平台进行通讯,接受控制命令并上传实时数据,又通过控制模块采集数据、执行控制命令。显然,现场区域控制器是整个控制系统的核心枢纽,其重要性不言而喻,因此整个区域控制器的软硬件设计无疑成为整个系统的重点和难点。2 区域控制器2.1硬件电路区域控制器硬件电路主要由CPU、上下位机通讯接口、EEPROM和时钟、键盘和触摸屏、液晶以及数字量/模拟量输入输出单元组成。硬件结构如图2所示。区域控制器CPU选用STC89C516RD2,这是一款新一代抗干扰/高速/低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机[1-3]。区域控制器自身带有一定数目的数字量/模拟量输入输出单元,可以在智能楼宇控制系统中作为控制模块的补充,同时也可以使区域控制器单独作为产品配套控制器使用,灵活多变。时钟和EEPROM通过I2C总线与区域控制器CPU连接。I2C总线用两条线(SDA和SCL)在芯片和模块间传递信息。SDA为串行数据线, SCL为串行时钟线,这两条线必须用一个上拉电阻与正电源相连,其数据只有在总线不忙时才可传送。CPU是主设备,时钟和EEPROM是从设备[9]。上位机通讯接口由控制器CPU通过SPI总线访问异步通讯芯片MAX3100来实现。SPI总线采用三线同步接口。主要特点是可以同时发出和接收串行数据;可以当作主机或从机工作;提供频率可编程时钟;发送结束中断标志;写冲突保护;总线竞争保护等;下位机通讯接口以串行口中断的方式实现半双工通讯。为了满足多种输入方式,控制器同时带有键盘和触摸屏,即可以以按键方式键入控制命令,也可以直接点击触摸屏实现。键盘采用独立式键盘;触摸屏选用电阻式触摸屏,电阻式触摸屏屏幕主要由两个导电层组成,当手指触摸屏幕时,两层导电层在触摸点位置就有了接触,电阻发生变化,在X和Y两个方向上产生信号,然后由触摸屏控制器侦测到这一接触点并计算出(X,Y)的位置。2.2软件流程智能楼宇控制系统所控制的点位种类多样,如温度、湿度、流量、开关等。硬件电路依据数字量、模拟量以及输入、输出提供了通用的接口,因此具体识别控制每个点位则完全由软件完成。现场区域控制器作为整个系统的控制核心,既要检测自身输入输出单元,完成显示,报警等功能,又要根据上位机(PC)、控制模块提供信息发出控制决策。因此软件流程包括初始化、故障检测与处理、控制算法实现、上下位机通讯等(图3),初始化包括数值初始化、中断初始化,通讯初始化,显示初始化;故障检测包括通讯故障,反馈故障,逻辑故障等;控制部分主要是程序算法的实现,对输入输出的智能控制,包括键盘/触摸屏输入及液晶输出,上位机通讯即远程PC与区域控制器通讯,而下位机通讯则是区域控制器与控制模块之间通讯[5-6]。楼宇自动化控制系统故障种类多样,故障处理方法又各有不同,因此故障的检测和处理就成为程序设计的一个难点,针对这种情况,程序采用了查表法(表1),成功的解决了这一难题。楼宇自动化控制系统故障种类多样,故障处理方法又各有不同,因此故障的检测和处理就成为程序设计的一个难点,针对这种情况,程序采用了查表法(表1),成功的解决了这一难题。表中分5列,第一列为故障号;第二列为故障处理方法,如1(停机),2(关机), 3(重启)···;第三列判断是否联动,如0(否), 1(是),主要判断一些相互有关联的部分出现故障是否需要同步处理;第四列所谓的报警延时主要指某一现象视为故障的重复出现时间,目的是为了消除抖动引起的误报;第五列延迟寄存器则存放报警延时,如1(0.1秒级延时寄存器), 2(秒级延时), 3(分级延时)。每条故障都要对应于表中的一条,实际应用中只需填写表格,快捷方便。上下位机通讯程序都采用MODBUS通讯协议[7-8],Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。控制器通信使用主—从技术,即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。此系统中当主设备为上位PC机时,现场区域控制器为从设备,当现场区域控制器为主设备时,控制模块为从设备。Modbus协议建立了主设备查询的格式:设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由Mod-bus协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误,或从设备不能执行其命令,从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。例如:当主设备(现场区域控制器)发送如表2请求时,此控制器连接的所有控制模块都接受这请求,但是只有地址为1的控制模块对此请求应答,其他地址的控制模块自动丢弃这帧数据,经CRC检验数据正确后,根据功能码来处理此帧数据,此例中功能码为06,即向此寄存器地址写寄存器数据,完成后从设备需回应与主机请求相同的信息。置区域控制器和各种控制模块数量,结构灵活多变,可以适应多种输入输出信号,根据用户的实际需求开发控制软件,真正达到量身定做成为一大特色。本智能控制系统已经在多个楼宇智能化控制中使用,控制准确,运行稳定;另外,区域控制器也可单独使用,作为产品配套控制器,成功应用于除湿机、冷干机、Vocs气体清除装置等。参考文献1于洪洲·51系列单片机软件抗干扰设计[J]·集成电路通讯·2007,25卷,2期:16-182汪文,陈林·单片机原理及应用[M]·华中科技大学出版社3Yu ShouqianWang Jianhua Kou Jinqiao. Embedded Integrated Servo-controllers for IntelligentModularActuators[J]·HIGH TECHNOLOGYLETTERS.2006,12,1:37-41.4 B. Surrogate·Developmentofan IntelligentEnergyManagementNetworkforBuilding Automation, PROGRAMMABLE CONTROLLER FAC-TORY AUTOMATION(PLC FA)·2005,3:28-305黄鑫,宋洋·软件抗干扰技术及其在单片机上的应用·现代电子技术,2007年9期:90-926朱国飞·单片机在工业控制上的应用[J]·中国科技信息, 2005年18A期:77-797田拥军,赵光强,曾健平·基于RS485总线技术的PC机与单片机多机通讯设计[J]·湖南工程学院学报:自然科学版, 2007年17卷2期:19-238肖凯,张贤斌·Modbus协议在串口通讯中的研究及应用[J]·长江工程职业技术学院学报,2007年1期:30-329赵学军·RS485总线测控模块的MODBUS扩展协议设计[J]·自动化与仪表,2007年2期:37-40

智能建筑管理的现状与思考【摘要】本文指出了智能建筑目前在管理方面存在的一些突出问题，并提出了一些建议及思考。【关键词】智能建筑目前问题管理住宅智能化智能建筑，这个曾经使建筑工程发生质的飞跃的概念，已经被越来越多的人们所理解和接受，而且愈来愈彰显出它独特的魅力。它以建筑为平台，采用4C技术（控制技术、通讯技术、计算机技术、多媒体技术），集系统结构、服务、管理及他们之间的最优化组合，实现通讯、办公、建筑设备自动化(即3A)，给人们提供一个高效、舒适、便利的建筑环境。它的出现，给生冷的建筑物注入了人性化的理念，符合时代的要求，所以发展迅速。青岛市建筑工程质量监督站，从2000年起，对综合布线实行抽检开始，对智能建筑管理进行了逐步探索。经过这几年的摸索，既看到智能化建筑的不断发展壮大，也看到了目前智能建筑发展过程中存在的一些问题。这些问题如果日积月累，势必会成为这个强劲生命力肌体上的一颗毒瘤。1目前智能建筑存在的问题（1）盲目追求技术及硬件的“高、新、全”。由于一部分开发商对“智能”的片面理解，又缺乏对市场及其发展的调查分析，盲目认为功能愈强愈好，技术愈先进愈好。其危害有三：第一，先进的技术未必都好。有些技术可能是最先进的，但却未必是成熟的、开放性的、可发展的。一旦采用此技术及设备，必然为其所累，其现在和将来都会被牵着鼻子走。第二，超出现实需要的“大而全”造成资源浪费。一般来说，智能建筑中的办公自动化系统的生最先进的未必是最好的新技术更新快，放置几年就落后了。命周期为1!3年，通信自动化系统不过3!5年，机电自动化系统也不过5!10年，所以如果放置几年才用，不如某些部分只做可发展的规划。第三，经济性差。评价一个智能建筑要考虑功能与经济的综合指标，其中包括节约初投资与保证长期运行的经济性。投入大于回报必然会影响建筑智能的整体及长期运行。（2）重“硬”轻“软”。对整个智能建筑系统而言，其智能不仅仅依靠硬件产品及技术的集成，关键是多学科应用软件的开发。而最终要实现人、机智能的完美结合，还需要高层次的管理人员对突发事件决策和处理，以及对系统维护、改进和升级。而许多工程注重的仅仅是硬件建设，花钱只为买“卖点”，忽略了软件的开发利用及后期管理。我国目前物业管理人员的层次也远远不能适应智能建筑管理的需要，一些硬件很齐备的“智能工程”在投入使用之后，却不一定能真正达到应有的智能。（3）重复建设，资源浪费。过去，人们往往习惯于将专业与专业分工划分得很细，而当今，在智能大系统中各种不同专业之间的联系加强，如不能及时调整管理关系和积极利用高新技术，必然导致软硬件设备的重复设置。资源共享是世界公认的普遍性原则。就我国目前来看，邮电系统和有线电视系统各自组网，而不是互补协作，这一现象在全国的主干网和建筑物内部皆是如此，造成资源的巨大浪费。因此“，三网合一”(电视网、有线电视网、计算机网)的提出正是适应了这种需要。（4）相关管理跟不上。智能建筑20世纪90年代才在我国起步，但是却发展迅猛，而且技术更新周期愈来愈快，又涉及多个学科和多个管理部门，因此相对于智能技术的发展，相应的管理已远远落后了。另外，由于管理上的漏洞造成的问题也是非常多的。第一业主投资的盲目性；第二智能建筑市场队伍的无序竞争；第三由于设计造成功能不完善或存在缺陷；第四由于施工质量粗劣而导致性能不达标；第五对建筑物竣工后(如物业)的管理跟不上造成的问题更是不容忽视。2建筑期内对智能建筑的管理由于建筑业主分步、分项投资的策略以及用户的不确定性，使得智能建筑的建设在建筑期和物业管理期的目标不同。在建设期内，智能化建设主要是三大系统内部的集成，尤其是楼宇管理自动化系统和部分通讯与网络自动化系统，为一次集成；真正实现建筑智能的最终一体化集成是在工程竣工后结合用户和物业管理要求进行。何况大部分的所谓“智能工程”最终只能达到支持数据/语音端口的程度，这在智能化住宅的建设中反映得最为突出。综合布线是智能建筑的重要组成部分，是计算机网络的基础设施。同属计算机网络类型的传输线路应采用综合布线，如：多媒体通信、ATM、B-ISDN、CATV、VOD(点播电视)等。但是有了综合布线并不等于不需要其他布线形式，如安保摄像这些低速传输系统(1Mbps)采用综合布线(100Mbps)，技术上可行，但经济上却不可行。再如消防系统，因关系重大，消防部门不允许纳入综合布线系统中，并且，有线电视、电话系统都有专业部门进行验收管理，自成体系。因此，对建筑期内的智能建筑的管理主要集中在综合布线的管理及少数工程楼宇自动化的管理上。智能化建设的全过程是一个综合性很强的系统工程，如果要保证它的健康发展，就必须加强工程全过程各个阶段的指导与监管。

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