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基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的智能樓宇溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2012-11-29 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
0 引 言
LonWorks技術(shù)是由美國(guó)Echelon公司推出的局部操作網(wǎng)絡(luò),它包含所有設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)所需要的技術(shù),采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)ISO/OSI的七層模型網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,目前,已成為應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(building automatic system,BAS)中的突出代表?;贚on-Works的控制系統(tǒng)(field-bus control system,F(xiàn)CS)將系統(tǒng)的分散控制轉(zhuǎn)換到現(xiàn)場(chǎng)控制,形成開(kāi)放性的控制網(wǎng)絡(luò),將其應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域中,將克服傳統(tǒng)方式因采用。了封閉式專(zhuān)用通信協(xié)議而帶來(lái)“自動(dòng)化孤島”的嚴(yán)重不足本文應(yīng)用LonWorks技術(shù)和單總線(xiàn)數(shù)字溫度傳感 器DSl8B20,設(shè)計(jì)了樓宇自動(dòng)化溫度測(cè)控的智能節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng),測(cè)試結(jié)果表明:房間溫度能被很好地控制在22-26℃,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
1 單總線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DS18B20的測(cè)溫原理
DS18B20的測(cè)溫原理如圖1所示。低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生一固定頻率fo的脈沖,高溫度系數(shù)振蕩器完成溫度到頻率的轉(zhuǎn)換,將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率為f的脈沖,該脈沖經(jīng)計(jì)數(shù)器2變?yōu)殚l門(mén)信號(hào)輸出到溫度寄存器。當(dāng)閘門(mén)打開(kāi)時(shí),DSI8820就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖人進(jìn)行計(jì)數(shù),進(jìn)而完成溫度測(cè)量。閘門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定。每次測(cè)量前,首先,將―55℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置人減法計(jì)數(shù)器、溫度寄存器中。在閘門(mén)關(guān)閉之前,若計(jì)數(shù)器已減至零,溫度寄存器中的數(shù)值就增加0.0625~0.5℃(視數(shù)據(jù)位數(shù)9~12位而定,9位對(duì)應(yīng)0.5℃)。為了補(bǔ)償溫度振蕩器的拋物線(xiàn)特性,計(jì)數(shù)器被斜率累加器所決定的值進(jìn)行預(yù)置,時(shí)鐘再次使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù),然后,減至零,溫度寄存器的數(shù)值又增加0.5℃。重復(fù)上述過(guò)程,達(dá)到被測(cè)溫度值。


2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本文應(yīng)用LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和單總線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DSl8B20,針對(duì)于衡陽(yáng)市某一6層綜合樓,設(shè)計(jì)了其樓宇自動(dòng)化溫度測(cè)控的智能節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)。其建筑面積為14800m2,系統(tǒng)共有200個(gè)溫度點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)和控制,此外,還有其他開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)360個(gè),數(shù)字量輸入點(diǎn)200個(gè),共用LonWorks智能節(jié)點(diǎn)40個(gè),其中,13個(gè)節(jié)點(diǎn)用于溫度的監(jiān)測(cè)與控制,每個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)可掛接16個(gè)溫度測(cè)控點(diǎn),溫度測(cè)控的要求是被控量以24℃為平衡點(diǎn)在±2℃內(nèi)變化。本文僅涉及溫度測(cè)控節(jié)點(diǎn)。
2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成
本設(shè)計(jì)中,樓宇自動(dòng)化溫度測(cè)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。LonWoKs控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由智能節(jié)點(diǎn)組成,節(jié)點(diǎn)包括神經(jīng)元芯片、傳感器、控制設(shè)備、收發(fā)器和電源等。節(jié)點(diǎn)之間通信支持雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、光纖和紅外線(xiàn)等多種介質(zhì),按照規(guī)范的Lon Talk協(xié)議進(jìn)行通信,其通信速率范圍在300bps~1.5Mbps之間。Neuron芯片是LonWoKs的核心,它既進(jìn)行通信管理,也同時(shí)具有輸入、輸出和控制的能力。系統(tǒng)選用兩級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),即由中央監(jiān)控PC機(jī)、Lon網(wǎng)絡(luò)適配卡以及多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)組成。中央PC機(jī)控制節(jié)點(diǎn)的接口采用Echelon的PCLTA-1OPCLonTalk適配卡,該卡是高性能的16位ISA總線(xiàn)LonWorks接口卡,系統(tǒng)中,
通信介質(zhì)為雙絞線(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)采用基于LonWoks總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)模型,節(jié)點(diǎn)數(shù)量可根據(jù)監(jiān)控的需要進(jìn)行開(kāi)放增減。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線(xiàn)方式,通信速率設(shè)為78.125kbps時(shí), LonWorks總線(xiàn)任意兩節(jié)點(diǎn)之間的通信距離可以達(dá)到2700m,完全可以滿(mǎn)足樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的通信要求。中央監(jiān)控PC機(jī)通過(guò)Lon網(wǎng)絡(luò)適配卡與LonWoks總線(xiàn)相連,用于整個(gè)系統(tǒng)的集中監(jiān)控、管理、分析及網(wǎng)絡(luò)通信檢測(cè)等。


2.2 智能溫度節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用基于主機(jī)的LonWorks智能節(jié)點(diǎn),圖2也給出了節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。選用美國(guó)ATMEL公司增強(qiáng)型Flash單片機(jī)AT89S52作為主處理器以完成主要的測(cè)控任務(wù),其內(nèi)嵌8k FlashROM,軟硬件上兼容AT89C52,但其最大的特點(diǎn)是集成了ISP接口,可直接在目標(biāo)板上進(jìn)行系統(tǒng)編程,為用戶(hù)帶來(lái)了極大的方便;單總線(xiàn)上掛接的DSl8B20采用外接Vcc,方式而未用寄生供電,以便除了正常測(cè)量各點(diǎn)室溫外,還可在火災(zāi)初期等異常情況下能準(zhǔn)確工作;利用8155擴(kuò)展I/O,以對(duì)顯示、鍵盤(pán)、超溫報(bào)警等電路進(jìn)行接口,此外,還通過(guò)溫控輸出單元對(duì)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行新回風(fēng)、送排風(fēng)、噴淋管等閥門(mén)進(jìn)行控制,達(dá)到控溫的目的;Neuron芯片采用美國(guó)CY-PRESS公司的CY7C53120,以其為核心,再通過(guò)收發(fā)器FTT-1OA完成LonTalk協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸,并通過(guò)事件調(diào)度完成用戶(hù)定義的各種計(jì)算、I/O事件處理及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文處理等功能;收發(fā)器通過(guò)與Lon網(wǎng)接口負(fù)責(zé)將節(jié)點(diǎn)連入網(wǎng)絡(luò)。單片機(jī)AT89S52與Neuron芯片CY7C53120采用并行通信。P1口與3120的I00~I(xiàn)07相連作為8位的數(shù)據(jù)總線(xiàn)。P3.2與3120的I08相連,作為單片機(jī)請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào) 線(xiàn)和接受3120溫度轉(zhuǎn)換命令的應(yīng)答線(xiàn)。P3.3與109相連,作為3120接收數(shù)據(jù)的應(yīng)答信號(hào)。P3.4與I010相連,作為3120發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令的信號(hào)線(xiàn)。這就保證了AT89S52與3120通信的嚴(yán)格同步。

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