樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

何志海 常 凱

（河南豫川消防工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000）

智能樓宇包含了高科技和多學(xué)科等主要特點(diǎn)， 其不僅代表了先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展，也能夠體現(xiàn)我國(guó)的綜合實(shí)力。 大部分樓宇朝著智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在其能夠利用網(wǎng)絡(luò)將安全、制冷、視聽(tīng)、供熱、照明和通信等各項(xiàng)功能設(shè)備相連接，并讓這些設(shè)備保持協(xié)同工作的狀態(tài)，從而使各類設(shè)備處于主動(dòng)工作的狀態(tài)。

1 智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的主要功能

樓宇自動(dòng)化體統(tǒng)中一般包括網(wǎng)絡(luò)層、 管理層和智能控制層三部分，智能控制層是屬于系統(tǒng)的底層，其不僅能夠?qū)Ω黝愋盘?hào)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，也能夠?qū)崿F(xiàn)各層之間的信息交換。 在自動(dòng)化樓宇中， 樓宇的智能控制層主要是由多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)組成。 智能節(jié)點(diǎn)的任務(wù)主要有以下幾點(diǎn)：能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)采集。 能夠?qū)Ρ粰z測(cè)對(duì)象中所包含的各種參量進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)和輸入；能夠做出及時(shí)的決策。 智能節(jié)點(diǎn)能夠?qū)o定量和需要進(jìn)行檢測(cè)的量進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)上位機(jī)所下達(dá)的控制指令來(lái)做好接下來(lái)的控制工作；能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。 智能節(jié)點(diǎn)在將所有信息采集整理之后， 會(huì)采用約定的方式將信息傳輸給上位機(jī)，并接收相應(yīng)的控制指令；能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)控制。 智能節(jié)點(diǎn)能夠根據(jù)已有的決策來(lái)發(fā)出控制指令，并做好實(shí)時(shí)控制工作。

2 智能節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)的選擇。自動(dòng)化樓宇智能節(jié)點(diǎn)能夠?qū)囟?、有害氣體和濕度等方面進(jìn)行模擬量的檢測(cè)，也能夠?qū)ΡI警、火災(zāi)等開(kāi)關(guān)量進(jìn)行三表數(shù)字量的讀取和檢測(cè)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)的控制，也具有串行通信的功能。 自動(dòng)化樓宇智能節(jié)點(diǎn)任務(wù)簡(jiǎn)單，沒(méi)有實(shí)時(shí)性方面的相關(guān)要求。 為了盡量減少投入的成本， 可以使用單片機(jī)AT89C52 作為智能節(jié)點(diǎn)的微處理器。 這一單片機(jī)具有低功耗和高性能的特點(diǎn)， 其引腳能夠和8051 單片機(jī)兼容。 通過(guò)對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行分析后能夠看出，對(duì)于一般的住戶智能節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，8kB 的存儲(chǔ)器能夠滿足其使用需求。 為了滿足用戶的更高需求，可以在設(shè)計(jì)中增加存儲(chǔ)器的預(yù)留擴(kuò)展空間，其擴(kuò)展的容量一般為16～32kB，并根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇所需要的EPROM 芯片。

2.2 智能節(jié)點(diǎn)通信。 智能節(jié)點(diǎn)時(shí)樓宇底層的主要集控中心，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的采集和控制，還能夠起到傳輸和接受信息指令的作用。 所以樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的智能節(jié)點(diǎn)，應(yīng)該具有遠(yuǎn)程通信的能力。 由于智能節(jié)點(diǎn)與控制中線之間存在較遠(yuǎn)的距離，不能夠使用RS-232 進(jìn)行串行通信，可以使用RS-485或者CAN 進(jìn)行通信。CAN 的速度和安全性都滿足通信要求，并且便于形成現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。 但由于CAN 總線具有一定的復(fù)雜性，且成本高，并且需要通過(guò)CAN 接口才能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)通信。所以本設(shè)計(jì)決定使用RS-485 進(jìn)行通信。 RS-485 接口簡(jiǎn)單，能夠掛接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn)，價(jià)格合理，適合在智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中使用。

2.3 I/O 擴(kuò)展。 智能節(jié)點(diǎn)中信號(hào)的傳輸需要由單片機(jī)的I/O 來(lái)執(zhí)行， 由于I/O 的數(shù)量固定， 所以需要對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展。AT89C52 中的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址可以重疊，并且不會(huì)引起數(shù)據(jù)間的沖突，但外圍I/O 芯片是統(tǒng)一的地址，并且控制指令也相同，這就使硬件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。

2.4 智能節(jié)點(diǎn)的抗干擾。由于受現(xiàn)場(chǎng)情況影響，智能節(jié)點(diǎn)會(huì)由于受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的情況，所以應(yīng)該采用一定的抗干擾措施，本設(shè)計(jì)主要采用軟硬件相結(jié)合的抗干擾措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。 在硬件設(shè)計(jì)中，需要在集成芯片的電源端接退耦電容，沒(méi)有使用的集成芯片接高電平，這樣才能防止外界信號(hào)對(duì)其造成的干擾。 將電源線和地線進(jìn)行加粗處理，這樣就能減少環(huán)路產(chǎn)生的抗阻；地線能夠在電路板的四周形成閉合回路，需要將數(shù)字地和模擬地分開(kāi)進(jìn)行布線。 還可以在電路中設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控程序，可以用來(lái)保護(hù)智能節(jié)點(diǎn)的初試數(shù)據(jù)。

2.5 智能節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘。智能節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘是由DS1302 芯片所提供的，這一芯片具有高性能和低功耗的特點(diǎn)，其中包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和RAM，能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)間的計(jì)數(shù)處理。其外部和3.6v的電池相連接，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的保存RAM 數(shù)據(jù)，也能夠維持時(shí)鐘的運(yùn)行。 通過(guò)使用3 線穿行方式的接口，能夠使智能節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘在2.5～5.5V 的電源下工作。

3 智能節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)

在對(duì)智能節(jié)點(diǎn)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)該根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果考慮具體的存儲(chǔ)容量問(wèn)題，就應(yīng)該使用MCS-51 進(jìn)行語(yǔ)言編程，這樣就能使程序的各個(gè)部分之間的銜接更加緊湊。節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要包括四個(gè)方面。1.智能節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)中包含數(shù)據(jù)處理和采集部分，這一部分能夠?qū)鞲衅髦械男盘?hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷和讀取，然后根據(jù)最終的判斷結(jié)果來(lái)確定應(yīng)該轉(zhuǎn)入的程序模塊執(zhí)行。 在對(duì)這一部分內(nèi)容進(jìn)行編程時(shí)，應(yīng)該事先定義I/O 口的高低電平，這樣才能滿足傳感器的需求，從而保證外部設(shè)備能夠即插即用。 控制部分主要控制的是外部設(shè)備的工作情況，并且需要外接功率來(lái)放大繼電器或者電路；2.串行通信部分能夠和控制中心實(shí)現(xiàn)信息的交換，主要負(fù)責(zé)接收上位機(jī)的指令，并將現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)情況傳送至控制中心。 智能節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)主要是利用RS-485 總線來(lái)進(jìn)行通信的，如果使用CAN總線進(jìn)行通信，則需要接上CAN 通信模塊；3.當(dāng)顯示程序處于正常狀態(tài)時(shí)，只能夠?qū)r(shí)間、濕度和溫度進(jìn)行顯示，如果發(fā)現(xiàn)異常情況，則會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警提示；4.上位機(jī)的顯示界面程序通常使用VB6.0 進(jìn)行編寫，其控件功能較強(qiáng)大，并且編程較簡(jiǎn)單，同時(shí)還能夠收發(fā)以文本和二進(jìn)制形式存在的數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)

本文所介紹的樓宇自動(dòng)化智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)所采用的是集成芯片，這一設(shè)計(jì)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便，還易于后期的維護(hù)，通過(guò)試驗(yàn)證明能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能，完全滿足樓宇自動(dòng)化對(duì)智能節(jié)點(diǎn)的要求。

[1]王振朝，馬金龍，薛文玲，高如波.基于LonWorks 和LPLC 的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].低壓電器，2009（6）

[2]穆立君.基于CAN 總線的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].湖南大學(xué)，2006（1）