智能楼宇控制系统毕业论文

SOLAS监控系统技术报告联合港埠公司信息站联合港埠公司技术部二00四年十一月一 、选择适合联合港埠公司监控环境的监控技术(1) 监控发展阶段数字监控的核心内容是怎样将监控模拟信号转化成数字信号，形成实现某种功能的数据流，并有效地控制它。一提到数据，一般指的是我们通常所说的通讯控制数据，而未来数据的组成应该是现在的意义上的数据+视频和音频数据，是一个数据流形式，我们定义它为数据流或信息流。透视数据流的形态变化和发展，我们可以清楚地认知到监控发展的过去和未来。监控中的“监”指的是视频、“控”指的是通讯控制，让我们从这两条主线入手，探求视频监控的未来发展。1）视频：模拟视频（第一代）――数字视频（第二代）――IP视频（第三代）——即我们所说的网络视频；2）控制方式：串口232通讯（第一代）――485总线（第二代）――发展到现在流行的现场总线和CAN(CONTROL AREA NETWORRK)总线（第三代，是一种开放式、数字化、多点通讯的控制总线）。(2) 数字监控系统应用于现代化管理的优越性a效率高.系统可以长时间连续运转，更充分的利用现代网络技术，实现信息共享，提高管理水平和工作效率，节省了大量的人力物力。b可靠性高.信息采集和处理,以及数据的传输,设备的控制,全部由系统实现,减少了过去人为造成的过失。c便于记录.系统可以把摄像机摄得的图像信号用专用存储设备进行长时间连续记录，以供日后查对。d集成化管理.系统可以通过软件或硬件方式与智能化管理的其它部分集成在一起，实现遥测遥控等智能化的功能。(3) 选择适合联合公司应用的监控技术—数字监控模拟视频的落后与网络视频的不成熟，造就了当今最流行的数字视频监控技术。数字时代的发展最早可追溯到九十年的中期，国内只有少数一两家企业从事这方面的生产和研发，黄金眼也是这个时期发展起来的。当时把数字叫做多媒体，它发展得益于IT行业计算机多媒体技术的发展，视频采集卡的出现，使在电脑上看影像成为可能，先驱者们用计算机来代替切换器、控制器和报警器实现功能的几合一，研制出新一代的监控系统枣多媒体监控系统，这是最早的数字系统。当时，在以模拟系统为主导的市场中，因为成本和客户认识度的因素没有得到较大的普及和应用，系统主要是定位于高端大多数的市场。数字监控系统给监控市场带来了一场翻天覆地的革命，不仅仅在技术层面的革新，更重要的是实现理念的突破。许多传统模拟的监控企业很难接受这一事实，在谁取代谁的争论中，随着历史的车轮在不断往前，多媒体监控越来越深入人心，并且取得了长足的发展和进步。数字系统的全面启动来自于数字硬盘录像的推动，在DVR（数字影像记录）技术的发展中，国内和国外走的是两条不同的技术发展道路，国外产品以韩国为代表，系统对图像的清晰度要求高，对实时性要求不高；国内产品要适应以现金交易为主的贸易特点，尤其是面向银行柜员制的市场，对图像的清晰度、实时性和存储时间要求都很高。二 、监控设备选型最初在监控设备的选型上，SOLAS监控项目组从SOLAS安防以及生产调度应用的角度出发，考查了大量著名的国内外监控设备厂商，包括美国AD、Pelco韩国Samsung、Vanda日本Panansonic、精工 、Tamron国内天地伟业、天津雅安等。经过项目组的反复筛选，最终敲定各系统设备型号如下：前端设备 摄像机 日本松下wv-cp474摄像部分是监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”，主要由摄象机、镜头（定焦距或可变焦镜头）、防护罩、云台等组成。它布置在被监视场所的某一位置上，使其视场角能覆盖住整个被监视的各个部位。当被监视场所面积较大时，为了节省摄象机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统，我们选用变焦摄象机，并安装电动云台，通过控制台的控制，可以使云台带动摄象机进行水平和垂直方向的转动，从而使摄象机能覆盖的角度、面积更大。为联合港埠公司监控摄像点配置高清晰度彩色摄像机、户外型全天候防护罩及云台。在系统主控室内能够实现对现场设备的自由控制，和实时监控现场图像。传输设备美国INFINOVO N3830TA/RA-1信号传输系统是整个CCTV监控系统的神经系统，它直接关系到整个系统是否能够正常运行。现有的传输方式主要有电缆、微波和光缆三种。电缆价格便宜但是传输效果差，而且容量小，易受干扰。微波传输具有无需铺设线路的优点，但是需要建微波站，这对于大面积同时监视是不可取的，而且微波易受天气因素干扰。光缆是长距离传输的最佳手段。联合港埠公司的监控点由于分布的相对分散，距离较远，考虑到前期网络光缆的分布情况，远端均采用光缆传输方式通过光端机传输视频信号。控制设备 视频矩阵 美国AD4812控制系统把握着前端所有视频及控制信号的切换及顺序。美国AD矩阵在国内外皆久负盛名。其拥有的强大的视频切换和控制功能使其他矩阵厂商望尘莫及。显示储存设备 硬盘录像机 天地伟业TC2816VTC2816V能够分画面显示远端各监控点的视频图像，可以采用单画面、四画面、十六画面显示。同时，TC2816V具有网络连接功能，通过网络分控软件，实现在局域网内授权的PC机上可以控制各个监控点的摄像机的操作。以方便公司领导及有关单位及时了解和掌握整个码头及堆场、闸口的生产作业情况。三、传输线路的选择经过调研，目前的视频信号传输方式有标准视频基带传输、光纤传输、射频方式传输及双绞线传输等多种方式，下表为常用传输方式比较：传输方式 传输距离 传输设备 信号衰减 抗干扰能力 造价视频传输 300米（理论值） 无 随长度增加 较弱 低光纤传输 可满足长远距离传输 光端机 随长度增加，但衰减很少 强 中射频传输 1-2000米 射频调制设备 随长度增加 一般 高双绞线传输 最远2600米（进口产品） 专用双绞线传输设备 随长度增加 一般 高根据联合港埠公司前端设备安装点距离控制中心的距离，结合各种传输方式特点，项目组最终决定采用光纤传输结合视频传输作为传输方式。四、确立清晰的拓扑结构为了使系统建成后便于管理、使用、维护，从技术方面需要在整个联合港埠公司监控系统做一个清晰的拓扑结构。五、实现网络分控所选择的系统有两种分控连接方式1 、通过矩阵主机的RS485通讯端口，最大可扩接16个副控键盘，每个副控键盘均可实现所有的系统操作功能，也可通过主机编程来设置每个副控键盘的控制权限，这种副控系统适用用短距离的连接，把这种连接方式应用于中心机房。2、利用现有的PC，采用通过局域网与控制中心硬盘录像机直连，并在该PC上安装随机提供的副控软件，可以实现控制中心除编程外的全部控制功能，如云台镜头的控制、历史资料的回放、实时图象的监视等。该控制中心的控制权限可通过编程来设置。这种连接没有地域限制。把这种连接方式用于联合港埠公司的数据网络。可以为公司领导及公司下属分公司需要调用监控视频的任何具备数据接口的位置提供网络分控。SOLAS监控系统项目组二00四年十一月

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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。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(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 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