樓宇自動化系統智能節點的設計

何志海 常 凱

（河南豫川消防工程技術有限公司，河南 鄭州 450000）

智能樓宇包含了高科技和多學科等主要特點， 其不僅代表了先進生產力的發展，也能夠體現我國的綜合實力。 大部分樓宇朝著智能化和自動化方向發展，主要體現在其能夠利用網絡將安全、制冷、視聽、供熱、照明和通信等各項功能設備相連接，并讓這些設備保持協同工作的狀態，從而使各類設備處于主動工作的狀態。

1 智能節點設計的主要功能

樓宇自動化體統中一般包括網絡層、 管理層和智能控制層三部分，智能控制層是屬于系統的底層，其不僅能夠對各類信號設備進行實時監控，也能夠實現各層之間的信息交換。 在自動化樓宇中， 樓宇的智能控制層主要是由多個智能節點組成。 智能節點的任務主要有以下幾點：能夠對數據進行及時采集。 能夠對被檢測對象中所包含的各種參量進行及時準確的檢測和輸入；能夠做出及時的決策。 智能節點能夠對給定量和需要進行檢測的量進行運算，并根據上位機所下達的控制指令來做好接下來的控制工作；能夠進行實時通信。 智能節點在將所有信息采集整理之后， 會采用約定的方式將信息傳輸給上位機，并接收相應的控制指令；能夠實現實時控制。 智能節點能夠根據已有的決策來發出控制指令，并做好實時控制工作。

2 智能節點的硬件設計

2.1 單片機的選擇。自動化樓宇智能節點能夠對溫度、有害氣體和濕度等方面進行模擬量的檢測，也能夠對盜警、火災等開關量進行三表數字量的讀取和檢測，同時還能夠實現對電氣設備開關的控制，也具有串行通信的功能。 自動化樓宇智能節點任務簡單，沒有實時性方面的相關要求。 為了盡量減少投入的成本， 可以使用單片機AT89C52 作為智能節點的微處理器。 這一單片機具有低功耗和高性能的特點， 其引腳能夠和8051 單片機兼容。 通過對其運行情況進行分析后能夠看出，對于一般的住戶智能節點來說，8kB 的存儲器能夠滿足其使用需求。 為了滿足用戶的更高需求，可以在設計中增加存儲器的預留擴展空間，其擴展的容量一般為16～32kB，并根據實際需要來選擇所需要的EPROM 芯片。

2.2 智能節點通信。 智能節點時樓宇底層的主要集控中心，其不僅能夠實現對信息的采集和控制，還能夠起到傳輸和接受信息指令的作用。 所以樓宇自動化系統的智能節點，應該具有遠程通信的能力。 由于智能節點與控制中線之間存在較遠的距離，不能夠使用RS-232 進行串行通信，可以使用RS-485或者CAN 進行通信。CAN 的速度和安全性都滿足通信要求，并且便于形成現場控制網絡。 但由于CAN 總線具有一定的復雜性，且成本高，并且需要通過CAN 接口才能夠實現節點通信。所以本設計決定使用RS-485 進行通信。 RS-485 接口簡單，能夠掛接多個節點，并且傳輸的距離較遠，價格合理，適合在智能節點的設計中使用。

2.3 I/O 擴展。 智能節點中信號的傳輸需要由單片機的I/O 來執行， 由于I/O 的數量固定， 所以需要對其進行擴展。AT89C52 中的程序存儲器和數據存儲器的地址可以重疊，并且不會引起數據間的沖突，但外圍I/O 芯片是統一的地址，并且控制指令也相同，這就使硬件設計較為復雜。

2.4 智能節點的抗干擾。由于受現場情況影響，智能節點會由于受到干擾而出現程序跑飛的情況，所以應該采用一定的抗干擾措施，本設計主要采用軟硬件相結合的抗干擾措施進行設計。 在硬件設計中，需要在集成芯片的電源端接退耦電容，沒有使用的集成芯片接高電平，這樣才能防止外界信號對其造成的干擾。 將電源線和地線進行加粗處理，這樣就能減少環路產生的抗阻；地線能夠在電路板的四周形成閉合回路，需要將數字地和模擬地分開進行布線。 還可以在電路中設置相應的監控程序，可以用來保護智能節點的初試數據。

2.5 智能節點的時鐘。智能節點的時鐘是由DS1302 芯片所提供的，這一芯片具有高性能和低功耗的特點，其中包括實時時鐘/日歷和RAM，能夠實現時間的計數處理。其外部和3.6v的電池相連接，能夠實現長時間的保存RAM 數據，也能夠維持時鐘的運行。 通過使用3 線穿行方式的接口，能夠使智能節點時鐘在2.5～5.5V 的電源下工作。

3 智能節點的軟件設計

在對智能節點的軟件進行設計時， 應該根據實際使用情況進行設計，如果考慮具體的存儲容量問題，就應該使用MCS-51 進行語言編程，這樣就能使程序的各個部分之間的銜接更加緊湊。節點軟件設計結構主要包括四個方面。1.智能節點軟件設計中包含數據處理和采集部分，這一部分能夠對傳感器中的信號進行準確的判斷和讀取，然后根據最終的判斷結果來確定應該轉入的程序模塊執行。 在對這一部分內容進行編程時，應該事先定義I/O 口的高低電平，這樣才能滿足傳感器的需求，從而保證外部設備能夠即插即用。 控制部分主要控制的是外部設備的工作情況，并且需要外接功率來放大繼電器或者電路；2.串行通信部分能夠和控制中心實現信息的交換，主要負責接收上位機的指令，并將現場的狀態情況傳送至控制中心。 智能節點軟件設計主要是利用RS-485 總線來進行通信的，如果使用CAN總線進行通信，則需要接上CAN 通信模塊；3.當顯示程序處于正常狀態時，只能夠對時間、濕度和溫度進行顯示，如果發現異常情況，則會出現相應的報警提示；4.上位機的顯示界面程序通常使用VB6.0 進行編寫，其控件功能較強大，并且編程較簡單，同時還能夠收發以文本和二進制形式存在的數據。

4 總結

本文所介紹的樓宇自動化智能節點設計所采用的是集成芯片，這一設計不僅結構簡單、編程方便，還易于后期的維護，通過試驗證明能夠實現預期的功能，完全滿足樓宇自動化對智能節點的要求。

[1]王振朝，馬金龍，薛文玲，高如波.基于LonWorks 和LPLC 的樓宇自動化系統設計[J].低壓電器，2009（6）

[2]穆立君.基于CAN 總線的樓宇自動化系統設計[D].湖南大學，2006（1）