建筑智能化控制系統設計與應用

馬朝國

新疆昊辰建筑規劃設計研究院有限公司，中國·新疆 昌吉 831100

1 引言

當前人們除了重視對于飲食方面的需要，也更加重視住房方面的需求，希望居住與工作場所更舒適，建筑智能化系統能很大程度地滿足人們在建筑方面的需求。建筑智能化系統也是比較復雜的，它需要用到人工智能、自動化電氣、建筑工程、通信工程、計算機以及藝術等多學科方面的知識。一方面展現出現代建筑藝術，又與信息技術相結合，是多學科知識融合的產物。建筑智能化主要體現在智能化住宅與辦公樓方面，提升了人們的生活質量；另一方面建筑智能化的飛速發展對建筑行業來說也是一個跨越。

2 智能建筑的定義

智能建筑主要是借助信息時代給建筑行業所帶來的優勢將智能信息技術與建筑行業相結合，它利用系統集成方法把多學科的技術相結合起來，并且它能對建筑內的情況自動監控，對信息資源實現有效管理，很大程度上減少了人力的投入。智能建筑還可以將不同的要素相組合，包括智能化系統要素、管理要素、結構要素和服務要素，要素的有效組合能給用戶提供一個比較舒適、安全、便利、人性化和高效的產品。智能建筑還能搭上信息時代的列車，充分滿足用戶需求。辦公自動化系統，智能化的集成系統，通信網絡系統以及建筑設備監控系統共同組成了建筑智能化系統。智能建筑如果運用在具體的建筑工程中也需要滿足兩點要求，首先它要滿足用戶最基本的需求，也就是說能給用戶提供滿足生活需要的環境，并且建筑自身的資源要得到良好的配置，包括建筑的運營管理、設備運行、控制與設備維護等通訊設施，在建筑內能與外界取得聯系。此外，智能建筑的投入也需要有一些基本的經濟產出。

3 建筑智能化系統設計分析

3.1 設計背景分析

建筑智能化系統的設計比較復雜，涉及多種學科知識。智能建筑是一個使用復合學科知識的建筑，同樣地在設計中涉及多方面的內容，包括建筑設備、通信設備、線路布置以及監控系統等，所以說也對設計人員提出了比較高的要求。設計人員自身不僅要在設計方面有比較扎實的基礎知識以及創新思維，還要掌握多方面內容的基礎知識[1]。除了這些內容之外，設計人員要遵循相關的規定與原則，有非常高的創新意識，對原有的設計方法以及設計理念進行不斷的創新。建筑工程在建造的時候會使用不同的技術，設備和原材料。設計師在設計的時候要對這些方面的內容比較熟悉。建筑工程的原材料以及設備可能來自各地，設計師需要對這些材料掌握得比較清楚，以便進一步調整設計內容，減少在建筑過程中可能會產生的問題，充分發揮建筑智能系統設計的作用。

3.2 建筑智能化控制系統的構成和結構設計分析

CAN 總線屬于現場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。從原理和實現的角度，只要有兩個CAN 節點和通訊介質就可以構成一個CAN 總線系統。多個CAN 節點可以構成較大的CAN 總線系統。CAN 節點按照不同的功能又可以分為數據采集節點、傳感器節點、執行器節點、監控節點等。CAN 總線系統與上位機連接，進而可以構成一個更大的網絡系統[2]。論文所介紹的建筑智能化控制系統正是基于CAN 總線的原理而設計和開發的，它將分散的、能完成多種功能的模塊設備，通過簡單的總線連接，進而完成比較復雜的系統功能。模塊設備之間可以進行信息交換。不同功能的模塊設備能以不同的方式與外界環境或外部設備進行信息交換：或采集外界環境信息，或向外部設備輸出系統的指令要求。系統可以對現場終端進行實時監控和管理。每個模塊設備均內置微處理器，運行參數被分散存儲在各個模塊設備中，即使系統斷電也不會丟失，通信速度快，運行效率高，見圖1。

圖1 建筑智能化系統組織設計組織結構圖

3.3 建筑智能化控制系統的硬件設計與軟件設計

干路管理器和支路管理器硬件相同（軟件不同），采用64 引腳STM32F103 系列芯片作為微處理器，模塊設備則均采用48 引腳STM32F103 系列芯片作為微處理器；所有設備通信均采用CAN 總線的方式，使用82C250 芯片；干路管理器和支路管理器增加了以太網的通信方式，采用以太網芯片ENC28J60。

各模塊設備所使用其他主要芯片如下：模擬量輸入模塊使用了MAX485 芯片；模擬量輸出模塊使用了TLC5615 模數轉換芯片；單值數字量輸入模塊和定時器模塊使用了觸摸芯片ST04D。

軟件設計由上層管理系統軟件（上位機軟件）和現場控制系統軟件兩大部分構成。上位機軟件可以用VB 制作，也可以使用組態軟件。上位機軟件即為上層監控管理軟件，用以查看現場各智能節點的運行狀態、參數設置、報警顯示等。現場控制系統軟件用C 語言完成，即面向STM32 芯片進行編程，使用庫開發的方式。不同功能的智能節點程序也不盡相同，主要包括通訊、顯示、控制、采集等功能程序，見圖2。

圖2 建筑智能化控制系統的硬件設計與軟件設計

4 建筑智能化系統應用分析

4.1 多功能會議系統

智能化的建筑系統可以非常有效地運用在辦公樓當中。當前很多地方都是現代化的辦公場所，需要至少滿足辦公室音響及擴音、投影及影音、視頻會議以及監控視頻這四方面的需求。為了使數據資料傳輸的速度更快以及傳輸質量更安全，還可以在調音室內使用一個專業的跳線實行端接。在設計過程中設計師主要考慮使用多功能的系統設計達到智能化的目的，并通過智能化系統提升會議效果。

4.2 通信智能化系統

通信智能化系統能疏通辦公室內外的通信，也可以提高辦公室的智能化。電子政務辦公應用系統、計算機網絡系統和機關辦公服務系統組成了辦公樓的智能化設計的系統。其中，電子政務辦公系統可以推進政府內部對企業公眾的工作發展，計算機網絡系統是自動化辦公樓的核心，通過這個網絡系統能推動計算辦公樓網絡應用軟件的應用，還可以收集整理和分析各種數據信息并作出決策[3]。這個系統主要是通過內部的局域網來實現的，它應用的速度非常快。機關辦公服務系統可以設定電鎖控制車庫控制點以及門禁點，通過控制點與門禁點完成相關的開關門車庫系統的身份識別，用戶只需要刷卡就可以完成信息識別，非常便利。

4.3 防火警報系統

防火警報系統主要是由消防器械，火災探測器和控制器組成。首先，火災探測器可以在火災達到一定的亮度和溫度時，火災探測器可以釋放出某種可識別的型號，將數據上傳到某種控制設備中。其次，火災警報控制器可以第一時間接收到火災探測器的型號并且能準確地做出反應與判斷，再結合消防器械就能及時地控制火情，減少火災的發生。

4.4 保安監控系統

保安監控系統由三個相關系統組成，分別是主被動防盜警報系統、閉路電視監控系統和門禁系統，這些系統的設置能促進辦公樓內的財產信息安全的保護。設置好監控點，尤其是地下車庫的防盜系統，它能通過智能化設置對車庫的內部的環境狀況進行全面無死角的監控，遇到問題時也能通過監控系統查找情況，保證車庫的安全，減少用戶財產損失。

5 結語

設計人員在設計過程中需要具備專業的設計知識和多學科的知識以及過硬的設計功底，將智能化的信息系統充分應用到建筑設計之中，與時俱進，滿足用戶需求。作為信息時代與建筑工程相結合的產物，隨著人們需求的發展以及時代的不斷發展，建筑智能化系統的應用會更加廣泛，它能有效地提升人們生活質量，保護環境，促進經濟發展。建筑智能化控制系統在當今注重環境保護的時代前景廣闊，并且對中國智能化的發展有非常重要的作用。