楼宇自动化系统智能节点的设计

2013-08-15何志海

河南科技 2013年18期

何志海常凯

（河南豫川消防工程技术有限公司，河南郑州 450000）

智能楼宇包含了高科技和多学科等主要特点，其不仅代表了先进生产力的发展，也能够体现我国的综合实力。大部分楼宇朝着智能化和自动化方向发展，主要体现在其能够利用网络将安全、制冷、视听、供热、照明和通信等各项功能设备相连接，并让这些设备保持协同工作的状态，从而使各类设备处于主动工作的状态。

1 智能节点设计的主要功能

楼宇自动化体统中一般包括网络层、管理层和智能控制层三部分，智能控制层是属于系统的底层，其不仅能够对各类信号设备进行实时监控，也能够实现各层之间的信息交换。在自动化楼宇中，楼宇的智能控制层主要是由多个智能节点组成。智能节点的任务主要有以下几点：能够对数据进行及时采集。能够对被检测对象中所包含的各种参量进行及时准确的检测和输入；能够做出及时的决策。智能节点能够对给定量和需要进行检测的量进行运算，并根据上位机所下达的控制指令来做好接下来的控制工作；能够进行实时通信。智能节点在将所有信息采集整理之后，会采用约定的方式将信息传输给上位机，并接收相应的控制指令；能够实现实时控制。智能节点能够根据已有的决策来发出控制指令，并做好实时控制工作。

2 智能节点的硬件设计

2.1 单片机的选择。自动化楼宇智能节点能够对温度、有害气体和湿度等方面进行模拟量的检测，也能够对盗警、火灾等开关量进行三表数字量的读取和检测，同时还能够实现对电气设备开关的控制，也具有串行通信的功能。自动化楼宇智能节点任务简单，没有实时性方面的相关要求。为了尽量减少投入的成本，可以使用单片机AT89C52 作为智能节点的微处理器。这一单片机具有低功耗和高性能的特点，其引脚能够和8051 单片机兼容。通过对其运行情况进行分析后能够看出，对于一般的住户智能节点来说，8kB 的存储器能够满足其使用需求。为了满足用户的更高需求，可以在设计中增加存储器的预留扩展空间，其扩展的容量一般为16～32kB，并根据实际需要来选择所需要的EPROM 芯片。

2.2 智能节点通信。智能节点时楼宇底层的主要集控中心，其不仅能够实现对信息的采集和控制，还能够起到传输和接受信息指令的作用。所以楼宇自动化系统的智能节点，应该具有远程通信的能力。由于智能节点与控制中线之间存在较远的距离，不能够使用RS-232 进行串行通信，可以使用RS-485或者CAN 进行通信。CAN 的速度和安全性都满足通信要求，并且便于形成现场控制网络。但由于CAN 总线具有一定的复杂性，且成本高，并且需要通过CAN 接口才能够实现节点通信。所以本设计决定使用RS-485 进行通信。 RS-485 接口简单，能够挂接多个节点，并且传输的距离较远，价格合理，适合在智能节点的设计中使用。

2.3 I/O 扩展。智能节点中信号的传输需要由单片机的I/O 来执行，由于I/O 的数量固定，所以需要对其进行扩展。AT89C52 中的程序存储器和数据存储器的地址可以重叠，并且不会引起数据间的冲突，但外围I/O 芯片是统一的地址，并且控制指令也相同，这就使硬件设计较为复杂。

2.4 智能节点的抗干扰。由于受现场情况影响，智能节点会由于受到干扰而出现程序跑飞的情况，所以应该采用一定的抗干扰措施，本设计主要采用软硬件相结合的抗干扰措施进行设计。在硬件设计中，需要在集成芯片的电源端接退耦电容，没有使用的集成芯片接高电平，这样才能防止外界信号对其造成的干扰。将电源线和地线进行加粗处理，这样就能减少环路产生的抗阻；地线能够在电路板的四周形成闭合回路，需要将数字地和模拟地分开进行布线。还可以在电路中设置相应的监控程序，可以用来保护智能节点的初试数据。

2.5 智能节点的时钟。智能节点的时钟是由DS1302 芯片所提供的，这一芯片具有高性能和低功耗的特点，其中包括实时时钟/日历和RAM，能够实现时间的计数处理。其外部和3.6v的电池相连接，能够实现长时间的保存RAM 数据，也能够维持时钟的运行。通过使用3 线穿行方式的接口，能够使智能节点时钟在2.5～5.5V 的电源下工作。

3 智能节点的软件设计

在对智能节点的软件进行设计时，应该根据实际使用情况进行设计，如果考虑具体的存储容量问题，就应该使用MCS-51 进行语言编程，这样就能使程序的各个部分之间的衔接更加紧凑。节点软件设计结构主要包括四个方面。1.智能节点软件设计中包含数据处理和采集部分，这一部分能够对传感器中的信号进行准确的判断和读取，然后根据最终的判断结果来确定应该转入的程序模块执行。在对这一部分内容进行编程时，应该事先定义I/O 口的高低电平，这样才能满足传感器的需求，从而保证外部设备能够即插即用。控制部分主要控制的是外部设备的工作情况，并且需要外接功率来放大继电器或者电路；2.串行通信部分能够和控制中心实现信息的交换，主要负责接收上位机的指令，并将现场的状态情况传送至控制中心。智能节点软件设计主要是利用RS-485 总线来进行通信的，如果使用CAN总线进行通信，则需要接上CAN 通信模块；3.当显示程序处于正常状态时，只能够对时间、湿度和温度进行显示，如果发现异常情况，则会出现相应的报警提示；4.上位机的显示界面程序通常使用VB6.0 进行编写，其控件功能较强大，并且编程较简单，同时还能够收发以文本和二进制形式存在的数据。