【文章內(nèi)容簡介】 下，這兩個子系統(tǒng)宜一同納入 BAS 考慮，如將消防與安全防范子系統(tǒng)獨立設(shè)置，也應(yīng)與 BAS 監(jiān)控中心建立通信聯(lián)系以便災(zāi)情發(fā)生時，能夠按照約定實現(xiàn)操作權(quán)轉(zhuǎn)移，進行一體化的協(xié)調(diào)控制。 建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)的基本功能可以歸納如下： 1. 自動監(jiān)視并控制各種機電設(shè)備的起、停，顯示或打印當(dāng)前運轉(zhuǎn)狀態(tài)。 2. 自動檢測、顯示、打印各種機電設(shè)備的運行參數(shù)及其變化趨勢或歷史數(shù)據(jù)。 3. 根據(jù)外界條件、環(huán)境因素 、負載變化情況自動調(diào)節(jié)各種設(shè)備，使之始終運行 于最佳狀態(tài)。 4. 監(jiān)測并及時處理各種意外、突發(fā)事件。 5. 實現(xiàn)對大樓內(nèi)各種機電設(shè)備的統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)控制。 6. 能源管理：水、電、氣等的計量收費、實現(xiàn)能源管理自動化。 7. 設(shè)備管理：包括設(shè)備檔案、設(shè)備運行報表和設(shè)備維修管理等。 樓宇自動化控制系統(tǒng)的原理 樓控系統(tǒng)采用的是基于現(xiàn)代控制理論的集散型計算機控制系統(tǒng)，也稱分布式控制系統(tǒng) (Distributedcontro systems 簡稱 DCS)。它的特征是 “集 中管理分散控制 ”，即用分布在現(xiàn)場被控設(shè)備處的微型計算機控制裝置 (DDC)完成被控設(shè)備的實時檢測和控制任務(wù)，克服了計算機集中控制帶來的危險性高度集中的不足和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性。安裝于中央控制室的中央管理計算機具有 CRT 顯示、打印輸出、豐富的軟件管理和很強的數(shù)黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 字通信功能，能完成集中操作、顯示、報警、打印與優(yōu)化控制等任務(wù)，避免了常規(guī)儀表控制分散后人機聯(lián)系困難、無法統(tǒng)一管理的缺點，保證設(shè)備在最佳狀態(tài)下運行。 自動化系統(tǒng)設(shè)備的發(fā)展歷史及相關(guān)產(chǎn)品簡介 樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)到目前為止已經(jīng)歷了四代產(chǎn)品： 第 一代： CCMS 中央監(jiān)控系統(tǒng) (20 世紀(jì) 70 年代產(chǎn)品 ) BAS 從儀表系統(tǒng)發(fā)展成計算機系統(tǒng)，采用計算機鍵盤和 CRT 構(gòu)成中央站，打印機代替了記錄儀表，散設(shè)于建筑物各處的信息采集站 DGP(連接著傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備 )通過總線與中央站連接在一起組成中央監(jiān)控型自動化系統(tǒng)。 DGP 分站的功能只是上傳現(xiàn)場設(shè)備信息，下達中央站的控制命令。一臺中央計算機操縱著整個系統(tǒng)的工作。中央站采集各分站信息，作出決策，完成全部設(shè)備的控制，中央站根據(jù)采集的信息和能量計測數(shù)據(jù)完成節(jié)能控制和調(diào)節(jié)。 第二代： DCS 集散控制系統(tǒng) (20 世紀(jì) 80 年 代產(chǎn)品 ) 隨著微處理機技術(shù)的發(fā)展和成本降低， DGP 分站安裝了 CPU，發(fā)展成直接數(shù)字控制器 DDC。配有微處理機芯片的 DDC 分站，可以獨立完成所有控制工作，具有完善的控制、顯示功能，進行節(jié)能管理，可以連接打印機、安裝人機接口等。 BAS 由 4 級組成，分別是現(xiàn)場、分站、中央站、管理系統(tǒng)。集散系統(tǒng)的主要特點是只有中央站和分站兩類接點，中央站完成監(jiān)視，分站完成控制，分站完全自治，與中央站無關(guān)，保證了系統(tǒng)的可靠性。 第三代：開放式集散系統(tǒng) (20 世紀(jì) 90 年代產(chǎn)品 ) 隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展， DDC 分站連接傳感器、 執(zhí)行器的輸人輸出模塊，應(yīng)用ON 現(xiàn)場總線，從分內(nèi)部走向設(shè)備現(xiàn)場，形成分布式輸入輸出現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)層，從而使系統(tǒng)的配置更加靈活，由于 onWorks 技術(shù)的開放性，也使分站具有了一定程度的開放規(guī)模。BAS 控制網(wǎng)絡(luò)就形成了 3 層結(jié)構(gòu)，分別是管理層 (中央站 )、自動化層 (DDC 分站 )和現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)層 (ON)。 第四代：網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng) (21 世紀(jì)產(chǎn)品 ) 隨著企業(yè)網(wǎng) Intra 建立，建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)必然采用 Web 技術(shù)，并力求在企業(yè)網(wǎng)中占據(jù)重要位置， BAS 中央站嵌入 Web 服務(wù)器，融合 Web 功能，以網(wǎng)頁形式為工作模式，使 BAS 與 Intra 成為一體系統(tǒng)。 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng) (EDI)是采用 Web 技術(shù)的建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)，它有一組包含保安系統(tǒng)、機電設(shè)備系統(tǒng)和防火系統(tǒng)的管理軟件。 EBI 系統(tǒng)從不同層次的需要出發(fā)提供各種完善的開放技術(shù)，實現(xiàn)各個層次的集成，從現(xiàn)場層、自動化層到管理層 [2]。 EBI 系統(tǒng)完成了管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的一體化。 本章小結(jié) 本章介紹了自動化系統(tǒng)的概念機原理，講述了自動化設(shè)備的發(fā)展史及相關(guān)產(chǎn)品。自動化設(shè)備是 智能建筑不可缺少的一部分，其任務(wù)是對建筑物內(nèi)的能源使用、環(huán)境、交通及安全設(shè)施進行監(jiān)測、控制等，以提供一個既 安全可靠，又節(jié)約能源，而且舒適宜人的工作或居住環(huán)境 。 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 第 3章 系 統(tǒng)硬件電路 設(shè)計 溫度氣體信號采集模塊 本系統(tǒng)的采集部分電路設(shè)計包括兩部分：溫度采集電路和可燃氣體濃度采集電路的設(shè)計。 溫度采集電路的設(shè)計：考慮到本系統(tǒng)設(shè)計成本及電路復(fù)雜性的關(guān)系，我們這里采用數(shù)字溫度傳感器來直接獲得環(huán)境中的溫度，不需要進行 A/D 轉(zhuǎn)換，便可直接與單片機相連進行數(shù)據(jù)的傳輸，硬件電路簡單。 氣體濃度采集電路的設(shè)計：根據(jù)我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常接觸到的可燃性氣體成分，本系統(tǒng)采用的可燃 性氣體傳感器的型號是 MQ—K1，此傳感器對我們?nèi)粘Ｋ佑|到的煤氣、天然氣和瓦斯的成分都比較敏感。 由此傳感器獲得的信號經(jīng)調(diào)理電路處理， 便可作為 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的輸入模擬信號。所獲得的模擬電信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換送入 CPU 中處理。由此可設(shè)計出可燃氣體濃度采集部分的方案框圖，如圖 31 所示。 圖 31 溫度氣體采集模塊方框圖 顯示部分方案設(shè)計 常見的顯示方式主要有數(shù)碼管和 LCD 顯示兩種，本系統(tǒng)的顯示電路如用數(shù)碼管顯示則電路會比較復(fù)雜，且達不到顯示的要求，因為數(shù) 碼管不能用于顯示字符。而液晶顯示電路較簡單，可直接與單片機的 I/O 口相連，動態(tài)顯示效果好、清晰度高，可操作性強，且能滿足顯示要求。 報警及執(zhí)行部分方案設(shè)計 在報警電路中，我們采用了一個比較簡單的電路，它由一個蜂鳴器、一個三極管和一個電阻組成，當(dāng)單片機給它一個低電平時，報警電路就發(fā)出報警。這能滿足本次設(shè)計的需要，所以我們選擇了這個簡單可行的電路。 單片機 AT89C52 溫度傳感器 DS18B20 A/D轉(zhuǎn)換 傳感器調(diào)理電路 可燃氣體傳感器 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 單片機 AT89C52 控制執(zhí)行電路 報警電路 液晶顯示模塊GDM0801A 氣體監(jiān)控 電路 在執(zhí)行電路中，我們也采用了一個比較簡單的電路，它由兩個電阻、 一個光耦 、一個三極管 、一個二極管和一個繼電器組成 [3]。當(dāng)單片機給它一個高電平時，繼電器便吸合 ，使外部電路導(dǎo)通，排氣工作啟動。設(shè)計框圖如圖 32 所示 。 圖 32 報警及執(zhí)行方案的結(jié)構(gòu)原理框圖 火災(zāi)報警系統(tǒng)主要器件的選擇 主控芯片的選擇和元器件的選擇直接關(guān)系到整個電路運行的情況，通過了解和學(xué)習(xí)各方面所需器件的原理和功能，選擇了更加適合這次課題的芯片和元器件，在不影響系統(tǒng)正常 工作的前提下， 使得電路盡可能的簡單，制作成本盡可能的低。 主控制芯片的選擇 作為一個系統(tǒng)的控制核心，選擇正確又適 用的芯片很重要 [4]?？紤]到我們所學(xué)的基礎(chǔ)知識 ,我們決定采用 51 系列芯片來作為主控芯片，最后我們結(jié)合這次課題的具體要求和經(jīng)濟實用方面的考慮，我們選擇了 51 系列單片機中的 AT89C52 芯片來作為這次總設(shè)計的主控芯片。 AT89C52 是美國 ATMEL 公司的低功耗、高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 8K 可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和 256Byte 的 RAM。器件采用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令和 8052 引腳完全兼容。片內(nèi)置通用 8 位 CPU 和FLASH 存儲單元，片內(nèi)震蕩器及時鐘電路。同 時， AT89C52 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM、定時 /計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 AT89C52 主要性能特點 : 1. 與 MCS51 單片機產(chǎn)品指令和引腳完全兼容； 報警電路 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 2. 8K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器； 3. 1000 次擦寫周期； 4. 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 24MHz； 5. 三級加密程序存儲器； 6. 256x8 字節(jié)內(nèi)部 RAM； 7. 32 個可編程 I/O 口線； 8. 三個 16 位定時器 /計數(shù)器； 9. 八個中斷源； 10. 可編程全雙工串行 UART 通道； 11. 低功耗空閑和掉電模式。 采集系統(tǒng)主要器件的選擇 1. 數(shù)字溫度傳感器的選擇 考慮到本系統(tǒng)對采集到的溫度精度要求不高，設(shè)計成本及電路復(fù)雜性的關(guān)系，我們這里采用數(shù)字溫度傳感器的型號是 DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一線總線技術(shù)的典型產(chǎn)品。它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)精度 1/2～ 1/6 的四級轉(zhuǎn)換，可以分別在 和 750ms 內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化 9 位和 12 位的數(shù)字量 [5]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 33 所示。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括 7 個部分： (1)寄生電源； (2)溫度傳感器； (3)64 位激光(laser)ROM 與單線接口； (4)高速暫存器，便箋式 RAM，用于存放中間數(shù)據(jù)； (5)TH 觸發(fā)寄存器和 TL 觸發(fā)寄存器，分別用來存儲用戶設(shè)定的溫度上、下限、 tH 、 tL 值； (6)存儲與控制邏輯； (7)8 位循環(huán)冗余校驗碼 (CRC)發(fā)生器。 圖 34 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示出寄生電源電路。當(dāng) I/O 或 VDD引腳為高電平時，這個電路便 “取 ”得電源。只要 符合指定的定時和電壓要求， I/O 將提供足夠的功率。寄生電源的優(yōu)點是雙重的： 1)利用此引腳，遠程溫度檢測無需本地電源， 2)缺少正常電源條件下也可以讀 ROM。 為了使 DS18B20 能完成準(zhǔn)確的溫度變換，當(dāng)溫度變換發(fā)生時， I/O 線上必須提供足夠的功率。因為 DS18B20 的工作電流高達 1mA， 5KΩ 的上拉電阻將使得 I/O 線沒有足夠黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 的驅(qū)動能力。如果幾個 DS18B20 在同一條線上而且企圖同時變換，那么這一問題 將變得特別尖銳。 圖 33 DS18B20 的內(nèi) 部結(jié)構(gòu) 圖 34 DS18B20 引腳 在 總線主機上不知道總線上 DS18B20 是寄生電源供電還是外部 VDD 供電的情況下，在 DS18B20 內(nèi)采取措施來通知采用的供電方案?？偩€上主機通過發(fā)出跳過 (Skip)ROM 的操作約定，然后發(fā)出讀電源命令，可以決定在 DS18B20 總線上是否有需要強上拉。在此命令發(fā)出后，主機接著發(fā)出讀時間片。如果是寄生電源供電， DS18B20 將在單線總線上送回 “0”；如果由 VDD 引腳供電，它將送 “1”。如果主機接到一個 “0”，它知道它必須在溫度變換 期間在 I/O 線上提供強的上拉。 DS18B20 的測溫原理如圖 35 所示，低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 l。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 l 和溫度寄存器被預(yù)置在 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器 l 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 l的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 l，計數(shù)器 l 的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 l 重 供電方式檢 測 64 位 ROM 和 一 線口 存儲器和控制邏輯 便箋式存儲器 CRC 發(fā)聲器 溫度傳感器 高溫度觸發(fā)器 TH 低溫度觸發(fā)器 TL VDD DQ VDD GND 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0時，停止溫度 寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器 l 的預(yù)置值。 2. DS18B20 的 配置寄存器 圖 35 DS18B20 測溫原理 配置寄存器為中間結(jié)果暫存器中的字節(jié) 4。配置寄存器可以設(shè)置 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的精度?？梢栽O(shè)置精度為 9 位、 10 位、 11 位、 12 位。上電缺省的分辨率為 12 位精度。用戶可