学生公寓bas网络技术化研究-刘春恰.pdf
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1、河北工业大学 硕士学位论文 学生公寓BAS网络技术化研究 姓名:刘春恰 申请学位级别:硕士 专业:控制理论与控制工程 指导教师:杜太行 20070101河北工业大学硕士学位论文 i 学生公寓 BAS网络技术化研究 摘 要 本文主要是针对当前学生公寓的发展趋势,将智能建筑的理念引入到学生公寓的发展 中,提出了学生公寓的楼宇自动化系统(BAS, Building Automation System)总体结构并详尽 描述了各个控制器的基本功能、得出宿舍综合控制器的设计方案、拟定 RS-485 通信协议、 编写串口通信程序及设计演示系统。具体内容如下: 1、学生公寓 BAS 系统总体结构。 学生公寓
2、BAS 系统包括楼机、6个不同功能的控制器和现场检测及执行元器件。楼机 是 BAS 系统的管理层,楼机与各个控制器之间用 RS-485 总线连接。每栋学生公寓配备一 台楼机。每栋公寓的楼机通过网络与控制中心连接,实现 BAS 系统的网络化。 2、宿舍综合控制器的设计方案。 宿舍综合控制器兼有配电、消防、保安等功能。宿舍综合控制器接收现场监测及执行 元器件的信号,通过通信数据总线RS485与楼机进行信息交换,向楼机发送数据,接收 楼机控制命令。宿舍综合控制器以80C196KC单片机为核心,包括单片机最小系统、检测 信号接口电路、控制信号接口电路以及与楼机的485通信接口电路的设计。 3、RS-4
3、85 通信协议。 本文通信协议在通信格式方面规定了数据传输格式、传输规则、数据链路符号、帧格 式、功能编码、差错处理方式等内容。数据格式为:一位起始位、八位数据位、一位奇偶 校验位、一位停止位。 4、串口通信软件及演示系统的设计。 楼机与各个 DDC控制器间的串口通信程序软件包括楼机的通信程序和 DDC控制器的 通信固件程序,其中楼机的通信程序由 VC+6.0 编写,DDC 控制器的通信固件程序由 C 语言编写。楼机与控制中心的网络采用 VC+6.0 中基于 WinSocket 的网络通信功能。 关键词:学生公寓,BAS,DDC 控制器,RS-485,通信协议,80C196KC,VC+6.0,
4、网 络通信 学生公寓BAS 网络技术化研究 ii RESEARCH ABOUT NETWORK TECHOLOGY OF STUDENT APARTMENTS ABSTRACT This paper mainly directed at the current development trend of student dormitories. The concept of intelligent building apartment will be introduced to the development of student apartments. It puts the BAS over
5、all structure of the student apartments, and provided a detailed description of all the basic functions of controller. It obtains the design of the integrative controller in the dormitory. It drafts a RS-485 communication protocol. It prepares the serial communication procedures and designs the demo
6、nstration system. The main contents of the paper are as follows: 1, BAS overall structure of the student apartments BAS system contains the building computers, six controllers with different functions and on-site detection and enforcement components. The building computer is the management floor of
7、the BAS system. The building computers link each controller with RS-485. Each student apartment equipped with a building computer. Each building computer links the control center with network to achieve the BAS network. 2, The design of the integrative controller in the dormitory The integrative con
8、troller in the dormitory has the distribution, fire, security and other functions. It receives the signal coming from the on-site detection and enforcement components and communicates with the building computer using RS-485 data bus. The on-site detection and enforcement components send data to the
9、building computer, and receive the control order from the building computer. The integrative controller in the dormitory is in the kernel of 80C196KC SCM. It contains the least system of SCM, the interface circuit of detecting signal, the interface circuit of controlling signal, and the design of 48
10、5 communication interface circuit. 3, RS-485 communication protocol This protocol provides the data transmission format, transmission rules, data link symbol, frame format, function codes, error handling and so on. Data Format: A starting place, eight data spaces, a parity spaces and a stopping plac
11、e 4, The design of serial communication software and demonstration system The serial communication software between the building computer and various DDC controller contains the building computer communication procedures preparing by C and the DDC controller Communication Firmware preparing by VC+6.
12、0.The network between the building computer and control center use the WinSocket. KEY WORDS: student apartment, BAS, DDC controller, RS-485, communication protocol, 80C196KC, VC+6.0, network communication 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 智能建筑 1 (IB:Intelligent Building)起源于 80 年代,美国率先将一种新的控制技术应用于建筑 领域,实现了对建筑内电气
13、设施的统一监控和管理,从而达到提高效率,创造经济效益的目的。由此智 能建筑的研究和发展在世界范围内全面展开。 智能建筑以大跨度框架式建筑结构为基础,由智能建筑环境内的系统集成中心(SIC,System Integrated Center)利用综合布线系统(PDS, Premises Distribution System)形成标准化强电与弱电接口,连 接楼字自动化系统(BAS,Building Automation System)、通信自动化系统(CAS,Communication Automation System)和办公自动化系统(OAS,Office Automation System)
14、,实现 3A功能,即建筑自动 化、通信自动化和办公自动化功能。 BAS 系统又称楼宇自控系统,是在现场控制的基础上,建立一层统一管理。现场 DDC 控制器控制 功能强大,可灵活配置完成对不同系统的有效控制,控制中心不仅可以监视所有设备的运行,处理报警 事件,而且可以管理指导现场控制,使整栋建筑的设备运行有机的结合为一个整体。BAS 的范围十分 广泛,主要包括:防盗防火报警、出入口控制、中央空调、电梯、内外照明、给排水、配电等系统。 学生公寓作为一种相对特殊的建筑引入 BAS 将成为一种发展趋势 1-1 课题研究的背景、意义 随着智能建筑的发展,将智能建筑的发展理念应用到学生公寓的智能化发展将成
15、为一种趋势。学生 公寓作为一种相对特殊的建筑有着其自身的特点, 比如公寓的管理问题就是学生公寓建设要考虑的首要 问题。高校学生公寓综合管理问题是摆在管理者面前的一道难题。因为在以前的电气设计中,大多数设 计人员采用传统的设备分散或集中布置的方式,对公寓内众多的子系统和大量的设备采用独立控制,并 未在公寓内基础设施的基础上加上管理层, 这样一来势必给学生管理人员带来以手工操作为主的学生公 寓管理方式,信息反馈慢,工作效率低,管理质量差等缺陷。于是将智能建筑的发展理念应用于学生公 寓将十分必要。 现在国内智能化建筑选用的设备大部分都从国外进口。 但近几年来我国计算机系统技术水平与产品 质量提高的也
16、非常快,完全可以满足一些中小型智能化建筑的使用要求,造价比国外同类系统低很多。 国内有些公司与大专院校也开发出国产的楼字自动化系统,但由于敏感元件、执行机构、阀门与变送器 等没有形成配套开发与生产,给国产楼字自动化系统()的推广与应用造成较大影响,希望能引 起政府有关部门与专家工作委员会的足够重视,给予大胆而必要的扶持。为了降低工程造价,我们在一 些工业生产的空调系统中,敏感元件、执行机构、阀门与变送器选用国外产品,计算机系统自己开发, 运行实践,证明这一方案不仅可节约投资,减少外汇使用,在实际应用中我们自己开发的计算机系统的 软件更适合于值班人员使用,而且可以合理地实现空调系统各种运行工况的
17、自动转换,对于温湿度控制 精度要求高的工业生产空调系统,更应选用国内开发的计算机控制系统。温度控制精度要求或 ,湿度控制精度要求 3以内时,现场调试周期长,现场各种干扰影响也比较大,这时就要优 先考虑选用国内开发的计算机系统,以便通过软件的控制水平来满足温湿度控制的要求。在国内楼宇自 动化系统()还没有从敏感元件开始形成配套生产之前,可以采取过渡的办法,敏感元件、执行学生公寓BAS 网络技术化研究 2 机,阀门、变送器选用或部分选用国外产品,计算机控制系统选用国内开发的产品,对于一些中小型智 能化建筑是完全可行的,这就需要大家都来支持,为楼宇自动化系统()早日实现国产化生产作 出应有的贡献。
18、1-2 智能建筑的国内外研究现状及关键技术 21-2-1 国 内外 研究现状 智能建筑和知识经济是信息时代的重要标志。作为国家综合国力和技术水平的具体体现,其特点和 优势明显,国内外市场十分看好。智能建筑是“国际信息高速公路”和“智能化城市的网络节点”,其所具有 的作用、功能和效益,决定着它在现代信息社会中的重要角色。智能建筑不仅需要与国际信息高速公路 接轨,而且也将进一步促进信息高速公路的发展。智能建筑的发展也必将带动一批相关技术与产业的发 展,如信息、电子、自动化、计算机、电力技术等等。 我国智能建筑始建于 20 世纪 90 年代,起步较晚,1990 年,在北京建成的北京发展大厦可谓我国智
19、 能建筑的雏型,但却以惊人的速度蓬勃发展。目前,已在北京、上海、广东、西安等地相继建成一批具 有一定智能的大型公共建筑,仅上海市的一个浦东区,1997 年一年之内就规划建设上百幢智能型建筑。 国内各大城市和沿海开放地区已经成为智能建筑的巨大市场,吸引了大量的国外智能系统设备商、系统 集成商、建筑设计事务所和房地产开发商。 我国政府对智能建筑发展给予了积极支持。1995 年,中国工程建设标准化协会发布了建筑与建筑 群综合布线系统工程设计规范 ,同年,上海地区“智能建筑设计标准,推出。 1997 年,建设部发布了建筑 智能化系统工程设计管理暂行规定 。2001 年,建设部推出智能建筑设计导则,进一
20、步规范了我国智 能建筑市场。一些省、市在有关智能建筑技术、规范、政策等方面,也做了积极的工作。上海、北京、 四川、辽宁等先后成立智能建筑专业委员会及学术研究机构。 目前我国的智能大厦无论从建设标准还是从建设质量方面与国外先进水平相比,还只能算是“准”智 能大厦。然而,我国智能大厦发展迅猛,市场潜力巨大。据国外权威机构预测,在二十一世纪,全世界智能大 厦的 40%将兴建在中国的大城市里。 日本在 1985 年开始建设智能大厦,新建的大厦中有近 70%为智能型的。 特点是大企业对智能化大楼 的建设十分热情,同时,日本政府也积极推动,制定了四个层次的发展规划,即智能城市、智能建筑、智能家 庭和智能设
21、各。但随着日本泡沫经济的出现,日本智能建筑的发展速度与档次受到严重影响。 欧洲国家智能建筑的发展基本上与日本同步启动,智能大厦主要集中在各国的现代化都市。亚太地 区智能大厦则主要集中在汉城、香港等中心城市。新加坡政府投入巨资,规划将新加坡建成“智能城市花 园“。由于亚洲经济危机的影响,东南亚智能建筑的发展受到影响。 智能建筑是社会生产力发展、技术进步和社会需求相结合的产物。纵观人类建筑发展的历史,可以 看出智能建筑诞生的历史必然。原始社会诞生了人类早期遮风避雨的茅屋,农业社会诞生了城墙和雄伟 的宫殿等建筑物,工业社会诞生了钢结构或混凝土的摩天大楼,信息社会则诞生了智能建筑。 随着计算机、 控制
22、、通信技术的不断发展及关键技术的突破,必将进一步促进智能大厦的发展。智能大厦正向着集成 化、智能化、协调化方向发展,实现智能化管理已经成为重要标志。 神经网络技术、专家系统和模糊逻辑控制技术已经开始应用于智能建筑。如神经网络芯片和模糊芯 片用于设备系统的智能控制,应用专家系统对设备进行监测、预维护和故障诊断分析,等等。基于人工智 能技术和计算机网络技术,可以进一步提高智能大厦的智能控制与智能管理水平。智能建筑的发展趋势河北工业大学硕士学位论文 3 是以人为本,可持续发展、绿色、信息化与智能化结合。 在智能住宅方面,则表现为网络技术应用和控制方式的变化。计算机网络和多媒体技术已经进入住 宅小区,
23、使住宅控制与管理技术发生深刻变化。八十年代,住宅控制方式主要为电子型。九十年代初为程 序型控制方式,九十年代末发展为网络型控制方式。在二十一世纪,住宅控制方式将演变为智能控制型。 各种家电设备都“上网“,实现家电接口标准化、设备控制智能化、系统功能集成化。 智能建筑的发展尚有许多理论与技术问题有待于研究和开发,如系统集成、智能材料、网络结构、 智能化物业管理技术研究等。 1-2-2 智能 建筑 的 关 键技术 智能建筑一般由系统集成中心(SIC) 、综合布线(PDS)和“3A”系统组成。而这“3A”就是指 楼宇自动化系统(BAS)、通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS) 。 系统集
24、成就是将各种不同功能的子系统在物理上集成到一起,为了达到整体最优组合,应在汇集 建筑物内、外各种形态信息的基础上,实现对这些智能化子系统的集成化管理(一体化管理)。 综合布线系统(PDS)又称为结构化综台布线系统(Structured Cabling Systems,缩写 SCS),它采用模 块化设计和分层星型拓扑结构,也称层次星型。它能适应任何大楼或建筑群的布线系统。 综合布线系 统能够连接语音、数据、图像以及各种用于合理投资的楼宇和管理的低压设备与装置,如监控(包括采 暖、通风与空调)、消防、保安、照明、流程控制(在工厂环境)以及模块化系统等。综合布线的结构分为 以下几个系统:工作区子系统
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- 学生公寓 bas 网络技术 研究 刘春恰
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