【正文】 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 40 頁 第 1 頁 │ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 1 章 緒論 1． 1 研究的背景及意義 智能樓宇的發(fā)展史，是一個(gè)從監(jiān)控到管理的發(fā)展史。 1984 年在美國康涅狄格州哈特福德市，人們對一座舊的金融大樓進(jìn)行了翻修改造，在樓內(nèi)鋪設(shè)了大量的通信電纜，增加了程控交換機(jī)和計(jì)算機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備，并將樓內(nèi)的機(jī)電設(shè)各 (如變配電、供水、空調(diào)和防火等設(shè)備 )均用計(jì)算機(jī)控制和管理，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與通信設(shè)施連接，向樓內(nèi)的住戶提供文字處理、語音傳輸、信息檢索、發(fā)送電子郵件和信息資料等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了辦公自動(dòng)化、設(shè)備自動(dòng)控制和通信自動(dòng)化，成為智能樓宇第一次在世界上出現(xiàn)的標(biāo)志。 智能樓宇主要是考慮 建筑物的結(jié)構(gòu)、機(jī)電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)和物業(yè)管理系統(tǒng)之間的內(nèi)在關(guān)系，進(jìn)行優(yōu)化組合，來提供一個(gè)投資合理，具有高效、節(jié)能、舒適、便利的環(huán)境，使住戶的生活更加便捷、舒適。從 20 世紀(jì) 80 年代起，由于微電腦技術(shù)的發(fā)展以及信號傳輸技術(shù)的進(jìn)步，樓宇內(nèi)部的中央監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生了巨大變化，對樓宇內(nèi)的各種設(shè)備不需要一對一地進(jìn)行配線和狀態(tài)監(jiān)測。一對信號線就可以傳送多種信號，所有設(shè)備的狀態(tài)都可以顯示于中央監(jiān)控室內(nèi)，很容易進(jìn)行操作和管理，不但節(jié)省了人力，而且提高了效率。但是在控制方面， 由于當(dāng)時(shí)的現(xiàn)場控制器價(jià)格昂貴，功能也不完善，大 部分的系統(tǒng)運(yùn)算處理，仍需要集中到中央控制室內(nèi)由主機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)時(shí)中央監(jiān)控系統(tǒng)的功能，多限于設(shè)備初級狀態(tài)的變化顯示，直接進(jìn)行控制管理，以及對現(xiàn)場傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理等。 以前需要由中央監(jiān)控主機(jī)完成的各種功能，在 2l 世紀(jì)的今天，已經(jīng)由一些低價(jià)格、高處理能力的現(xiàn)場控制器所取代。中央監(jiān)控室的管理人員只要下達(dá)所需的指令，現(xiàn)場控制器就會(huì)自動(dòng)參考其它數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算處理并控制相關(guān)的設(shè)備，以達(dá)到管理者的要求。這樣，中央監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)就不需要再負(fù)擔(dān)大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算工作，而中央監(jiān)控系統(tǒng)的功能也逐漸由控制變?yōu)樘峁└鞣N數(shù)據(jù)報(bào)表和專項(xiàng) 統(tǒng)計(jì)文件。此時(shí)，“中央監(jiān)控系統(tǒng)”的名稱就逐漸變?yōu)椤爸醒牍芾硐到y(tǒng)”，其內(nèi)涵的范圍也由以前的集中監(jiān)視、集中控制，擴(kuò)大到集中監(jiān)視、集中管理以及分散式控制。中央管理系統(tǒng)不斷地將各種數(shù)據(jù)報(bào)表提供給管理人員，管理人員通過分析數(shù)據(jù)報(bào)表，求得樓宇最低的運(yùn)營成本 (如節(jié)省能源、節(jié)省人工成本等 )，從而進(jìn)一步提高樓字的附加值。當(dāng)有災(zāi)害發(fā)生時(shí)，可以通過中央管理系統(tǒng)得知何時(shí)何地發(fā)生了何事故，便于事故處理人員迅速進(jìn)行處理，減小事故帶來的危害和影響。 智能樓宇是多學(xué)科、高新技術(shù)的巧妙集成，也是綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的表現(xiàn)，大量高新技術(shù)競相在此應(yīng)用， 使得高層建筑不再是一個(gè)城市的“孤島”，而是一個(gè)充滿活力的、具有高工作效率的、有利于激發(fā)人們創(chuàng)造性的環(huán)境。智能樓宇是將樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)BAS(Building Automation System)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng) OAS(Office Automation System)和通信自動(dòng)化系統(tǒng) CAS(Communication Automation System)通過綜合布線系統(tǒng) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 40 頁 第 2 頁 │ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ GCS(Generic Cabling System)有機(jī)地結(jié)合在一起，并利用系統(tǒng)軟件構(gòu)建智能樓宇軟件 平臺(tái)；實(shí)時(shí)信息、管理信息、決策信息 、視頻信息、語音信息以及各種其它信息通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)信息共享，以達(dá)到安全、舒適和便捷的工作環(huán)境；以提高工作效率為目的，達(dá)到節(jié)約能源和管理費(fèi)用；克服重復(fù)投資、控制系統(tǒng)的分離、服務(wù)缺乏保證、管理功能不全等缺點(diǎn)，來達(dá)到實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。因此，智能樓宇代表了21 世紀(jì)高層建筑的走向，具有強(qiáng)大的生命力。 1． 2 相關(guān)研究的發(fā)展動(dòng)態(tài)與現(xiàn)狀 (1)可視對講技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)與現(xiàn)狀 對講系統(tǒng)從上個(gè)世紀(jì) 80 年代興起于日本和歐美，在歐美國家、香港、臺(tái)灣等地區(qū)已經(jīng)采用了近 20 年，國外的可視對講產(chǎn)品主要有韓國和日本品牌。自從 1992 年起，國外的樓宇對講產(chǎn)品制造商，陸續(xù)到中國大陸開拓市場。樓字對講產(chǎn)品最早進(jìn)入國內(nèi)市場的是單戶型與單元型樓宇對講產(chǎn)品，并且功能比較單一，只能簡單實(shí)現(xiàn)訪客系統(tǒng)的基本功能。自從 2022 年以來，有實(shí)力的生產(chǎn)廠家集中開發(fā)聯(lián)網(wǎng)型樓宇智能產(chǎn)品，樓宇智能系統(tǒng)的集成度越來越高，首先實(shí)現(xiàn)了多門口機(jī)與多管理機(jī)系統(tǒng)，接著集成了安防報(bào)警、小區(qū)服務(wù)及信息發(fā)布等功能，另外，還有一些廠家還集成了三表遠(yuǎn)抄、監(jiān)控以及巡更等系統(tǒng)，產(chǎn)品的性能也 有進(jìn)一步提高。對講系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化以及智能化是樓宇監(jiān)控今后發(fā)展的主要方向。 MOTOLORA 公司 2022 年年底在中國國際高新技術(shù)成果交易會(huì)上推出了數(shù)字化可視對講系統(tǒng)，該系統(tǒng)不但具有對講、監(jiān)視等基本功能，還有多媒體幫助、訪客留影、信息發(fā)布、廣告服務(wù)等先進(jìn)功能。 當(dāng)前采用的可視對講系統(tǒng)是通過遙控?cái)z像機(jī)及其輔助設(shè)備 (如鏡頭，云臺(tái)等 )直接監(jiān)看被監(jiān)視場所的情況，把被監(jiān)視場所的圖像和聲音傳送到監(jiān)控中心，用長時(shí)間錄像機(jī)將圖像記錄在錄像帶上，為突發(fā)事件的及時(shí)反應(yīng)和以后處理提供了方便條件和重要依據(jù)。雖然閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在銀行、商場等公共場所應(yīng)用廣泛，但是在居住小區(qū)和樓宇公共安全防范系統(tǒng)中的應(yīng)用卻很少，一個(gè)重要的 原因就是閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)所需的多畫面分割器、長時(shí)間錄像機(jī)等硬件設(shè)備價(jià)格昂貴。 隨著可視對講產(chǎn)品成本的進(jìn)一步降低、市場繼續(xù)擴(kuò)大、新技術(shù)的不斷引入，可視對講產(chǎn)品的功能也日趨多元化。如門口機(jī)模塊中引入圖像識別技術(shù)、指紋識別技術(shù)使系統(tǒng)更加人性化；采用音頻和視頻數(shù)字化技術(shù)、 ARM 嵌入式技術(shù)可以使系統(tǒng)直接接入寬帶網(wǎng)絡(luò)；采用藍(lán)牙技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)免布線的無線樓宇對講系統(tǒng)等。目前，規(guī)模較大的生產(chǎn)廠家在銷售、工程安裝、服務(wù)方面的成本居高不下，然而隨著產(chǎn)品日趨標(biāo)準(zhǔn)化，工程安裝服務(wù)社會(huì)化，產(chǎn)品成本也會(huì)逐步降低?？傊瑯怯羁梢晫χv產(chǎn)品的 發(fā)展已經(jīng)到了一個(gè)全新的階段，但是還有很多方面不很成熟，未來樓宇可視對講產(chǎn)品將向新的高度發(fā)展。 (2)通信控制方式的發(fā)展動(dòng)態(tài)與現(xiàn)狀 樓宇可視對講系統(tǒng)需要傳輸?shù)男盘栔饕腥?，分別是音頻信號、視頻信號和數(shù)據(jù)信號。在系統(tǒng)布線的過程中，需要重點(diǎn)考慮的是：音頻傳輸質(zhì)量、視頻傳輸質(zhì)量以 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 40 頁 第 3 頁 │ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 及數(shù)據(jù)傳送質(zhì)量的優(yōu)劣。在介質(zhì)材料上，目前主要以多芯線為主流方式，視頻信號用同軸電纜傳送，音頻、數(shù)據(jù)以及電源線通常用 RVV 線，也可以使用網(wǎng)絡(luò)線。 傳統(tǒng)工業(yè)控制的通信方式一般采用 RS232 和 RS485 總線，其主要缺點(diǎn)是無法構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)，主 節(jié)點(diǎn)任務(wù)繁忙，一旦主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障就可能引起整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。數(shù)據(jù)通信方式為命令響應(yīng)式，數(shù)據(jù)傳輸效率較低，同時(shí)當(dāng)通信下端出現(xiàn)異常時(shí)，數(shù)據(jù)不能立即上傳，靈活性較差，不能適應(yīng)實(shí)時(shí)性要求較高的場合，顯然 RS232 和不能滿足可視對講系統(tǒng)的要求。 本文采用二級總線結(jié)構(gòu)，一級總線采用 CAN 總線，二級總線采用 RS485 總線。 從當(dāng)前國內(nèi)外現(xiàn)場總線在樓宇智能化系統(tǒng)中的應(yīng)用情況來看， Lon works 總線和CAN(Controller Area Network)總線使用較為廣泛。 CAN 總線在數(shù)據(jù)傳輸方面有著顯著的優(yōu)勢 (詳見第 3 章 )， 它能夠完全適應(yīng)和勝任智能樓字可視對講系統(tǒng)的工作環(huán)境與要求，其協(xié)議的充分性和完整性，使 CAN 總線在數(shù)據(jù)通訊中具有很強(qiáng)的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，其采用短幀結(jié)構(gòu)使數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低，并且 CAN 總線的通信芯片價(jià)格低廉，使用方便；然而相比之下， Lon works 總線的成本較高，雖然它兼容 TCP／ IP 協(xié)議，但是并不能取代上層局域網(wǎng)直接掛接到INTERNET 網(wǎng)上，另外，其仲裁方式很容易因數(shù)據(jù)無限重發(fā)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，由此可見， Lon works 總線與 CAN 總線相比，前者在智能樓宇中應(yīng)用沒有優(yōu)勢。 所以，該設(shè)計(jì)方案采用 CAN 總線來構(gòu)建智能樓宇可視對講系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。 1． 3 國內(nèi)樓宇對講系統(tǒng)現(xiàn)存的主要問題 1．粗劣產(chǎn)品沖擊市場 普及型樓宇對講系統(tǒng)的技術(shù)含量不高，生產(chǎn)投資較少，市場又看好，各種經(jīng)濟(jì)實(shí)體的廠家都一哄而上，打破原來只有幾家大型企業(yè)獨(dú)霸市場的格局，促進(jìn)了各廠家在開發(fā)引進(jìn)新產(chǎn)品，提高質(zhì)量、降低成本、做好售后服務(wù)等方面的投入，相反，也帶來了不少負(fù)作用。不少小工廠或者就是手工作坊，生產(chǎn)條件極差，整體素質(zhì)低，毫無技術(shù)力量可言，更談不上專業(yè)化，大批量的生產(chǎn)，一味粗制濫造，以廉價(jià)打人市場，沖擊著市場上的優(yōu) 質(zhì)產(chǎn)品，這些粗劣產(chǎn)品在剛 開 始安裝使用樓宇對講系統(tǒng)的地方，因故障頻繁，給正常生活帶來極大的不便，極壞影響，嚴(yán)重影響樓宇對講系統(tǒng)的形象，對進(jìn)一步發(fā)展市場起到較大的阻礙作用。 2．對講系統(tǒng)的質(zhì)量問題 樓宇對講系統(tǒng)是公共設(shè)備，又安裝在室外，對質(zhì)量要求較高，而目前質(zhì)量的控制依賴于對電子元件的嚴(yán)格重篩選和制造工藝的嚴(yán)格要求。國內(nèi)電子元器件市場的結(jié)構(gòu)及采購方式很難對元器件的質(zhì)量有所控制，訂做專業(yè) IC，盡可能地替代獨(dú)立元件，樓宇 對講系統(tǒng)的質(zhì)量及使用壽命 會(huì)大幅提高，降低制造工藝不完善造成的不良因素也會(huì)降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)批量化 生產(chǎn)。 3．編碼方式 現(xiàn)在工程單位的技術(shù)水平參差不齊，而對講系統(tǒng)的選址、編碼基本上都采用現(xiàn)場 編碼 (批腳、拔號、剪線等方式 )，易出現(xiàn)不少人為故障，如采取電子搜索編碼，則可將 其控制到最低。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 40 頁 第 4 頁 │ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1． 4 本文的結(jié)構(gòu)及研究系統(tǒng)內(nèi)容 本文在介紹可視對講及通信控制方式的發(fā)展和研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)可視對講中主要存在的問題及解決方法以及 CAN 通信的軟、硬件設(shè)計(jì)方面進(jìn)行較深入的探討。 全文的結(jié)構(gòu)如下： 第一章 可視對講和通信控制的研究現(xiàn)狀。 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分，對可視對講系統(tǒng)幾個(gè)主要問題和 CAN 通信的硬件接口電路進(jìn)行分析 、研究與設(shè)計(jì)。 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，給出了對鍵盤和顯示界面軟件設(shè)計(jì) 流程圖 。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試部分，具體給出一些主要模塊的單體調(diào)試和系 統(tǒng)總體調(diào)試過程及方法。 第五章 內(nèi)容的總結(jié)和展望。 針對用戶在傳統(tǒng)可視對講使用中提出的問題，本文主要研究的內(nèi)容是： 1．全雙工對講時(shí)存在聲音嘯叫現(xiàn)象。如何有效的減弱或消除嘯叫是本設(shè)計(jì)中要解決的主要問題。 2．對講時(shí)存在聲音渾濁和失真現(xiàn)象。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)主要是由于揚(yáng)聲器負(fù)載和功放輸出阻抗不匹配引起的。另外，對講時(shí)需要有效的抑制環(huán)境噪聲。防止噪聲信號竄入語音通道。同時(shí)需要解決 視頻信號放大和接口問題。 3．采用較先進(jìn)的現(xiàn)場 CAN 總線通信，需要解析 CAN 協(xié)議中標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀的格式、輸入輸出緩沖器和驗(yàn)收濾波器工作原理。需要進(jìn)一步研究通信協(xié)議的執(zhí)行約定、CAN 智能節(jié)點(diǎn)的電路實(shí)現(xiàn)、 CAN 通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的構(gòu)建等?？梢晫χv系統(tǒng)主要有三種工作方式：可視對講方式、監(jiān)聽方式、群呼方式，系統(tǒng)需要研究在不同工作方式下繼電器的切換響應(yīng)。 設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是： 1．將工業(yè)中使用的 CAN 現(xiàn)場總線應(yīng)用在可視對講系統(tǒng)中。 2．將工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論知識有機(jī)結(jié)合。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以可靠性高、成本低、控制簡