基于BACnet的智能建筑系統的設計

陳治宇

（蘭州文理學院，甘肅蘭州，730030）

0 引言

隨著信息化技術的發展，智能建筑[1]已經從夢想變為現實，智能建筑系統是利用統計管理和控制系統[2]，建設設施和控制系統，安全防護系統等綜合性應用系統[3]。然而由于涉及的系統比較多，因此在設備的標準上有很大的區別，因此在傳統平臺上集成的系統有很多問題[4]。本文設計了基于BACnet協議[5]的智能建筑系統，該系統將信息管理系統[6]和物業管理系統[7]集成，在系統設計過程中，將BACnet和IP協議相結合，實現各分系統之間的互聯互通。

1 系統架構設計

基于BACnet模式下智能建筑系統通過構建有效的消息交互網絡，將各種各樣的物業管理子系統和智能控制子系統相結合，具體結構如圖1所示。

2 BACnet軟件設計

2.1 BACnet協議

智能建筑系統是一個集成了多種子系統的綜合管理系統，因此為了保證系統的可靠性和可維護性，必須從整個平臺角度設計統一的標準。BACnet協議是針對采暖、通風、空調、制冷控制設備所設計的，同時也為其他樓宇控制系統的集成提供一個基本原則。

BACnet協議包括局域網通信協議，信息數據傳遞方式，設備自動控制等功能，對于不同廠商生產的系統，通過定制獨立的系統控制器來實現對其的控制。

2.2 智能建筑系統中BACnet的設計

智能建筑系統中，所有的BACnet數據都被封裝在局域網數據包中，然后使用局域網通信協議將該數據傳輸到目的地，然后由目標接收并加壓該數據。在上述過程中，為了實現控制中心和各分系統之間BACnet數據的通信，需要在控制中心和各分系統之間設定一個數據的打包和解包的PAD路由器，當接收到控制中心的控制命令或者分系統的上報命令后，PAD路由器會將數據按照一定的格式壓縮，然后通過IP網絡發送出去。對于控制中心的控制命令來說，發送的數據包以廣播的形式在各系統之間廣播，而對于各系統的上報信息來說，實施點對點的傳輸。為了實現上述數據的傳輸過程，本系統采用了消息隊列進行數據傳輸。

圖1 智能建筑系統結構

2.2.1 BACnet通信模式設計

在智能建筑系統中，各分系統要接入到該系統中，必須首先注冊，注冊的同時上報該系統的主要功能和主要控制命令，子系統注冊成功之后會分配唯一的標識符，當有控制命令發送時，以該標識符標識該系統的唯一性。在智能建筑系統中，數據主要有上報和下發兩種方式，數據的注冊，心跳，結果返回需要通過上報的方式，而控制命令的執行通過下發的方式。為了實現上述過程，本文引入了ZeroMQ消息隊列。

用于子系統注冊，子系統心跳數據，子系統數據上報用的 pull—push 模式。

圖2 安全生產監測系統推拉模式

用于系統全局基本信息，子系統注冊結果以及系統對子系統的控制命令的publisher—subscriber模式。

圖3 安全生產監測系統訂閱者發布者模式

推拉模式主要是針對兩節點一對一之間的通信，所有的節點再推送狀態信息給控制節點之后，不需要從控制中心獲取處理的結果，所有的處理結果或者系統的控制命令由訂閱者發布者模式實現

2.2.2 BACnet通信協議設計

根據智能建筑系統中通信數據的特點，通信協議的格式如圖4所示。

圖4 通信協議格式

在上述通信協議中，各個字段的意思如下：

（1）padding，表示該數據包附加數據的長度。為了實現數據的安全，控制中心和各系統之間的數據都需要加密。為了保證數據處理的速度，所有的待加密數據都是16字節對齊的，因此需要在待加密數據后面補全長度，pad—ding表示附加數據的長度。

（2）type，表示該消息的數據類型，本系統的所有數據可以歸為5大類：系統注冊信息，系統運行狀態，系統向控制中心通報命令執行結果，廣播控制命令，廣播系統注冊結果。為了表示不同的數據類型，這些數據的type分別為1，2，3，4，5。通過定義type的方式，可以方便的實現數據類型的擴展。

（3）data_len，數據部分的長度，指的是去除pad—ding內容的長度。

（4）data，數據包的具體內容。

2.3 PAD路由器實現

PAD路由器主要實現各種數據的打包，通信數據中包含各種數據類型，如整形，浮點型，字符串等類型，為了實現數據庫的快速處理，需要對數據包進行快速的打包或者解包，對于變長的data部分，采用長度加內容的方式。數據包的打包和解包方式如下：

表1 數據的打包方式

對于采集信息結構體來說，數據通過上述方法打包進數據包中，然后加上包頭，padding，type，data_len等，然后通過無線方式傳輸到區域匯聚模塊。