基于現(xiàn)場總線的智能樓宇溫度測控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
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LonWorks技術(shù)是由美國Echelon公司推出的局部操作網(wǎng)絡(luò)，它包含所有設(shè)計、配置和維護網(wǎng)絡(luò)所需要的技術(shù)，采用國際標(biāo)準化組織開放系統(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)用于樓宇自動化系統(tǒng)(building automatic system，BAS)中現(xiàn)場總線的突出代表?；贚on－Works的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(field-bus control system，F(xiàn)CS)將系統(tǒng)的分散控制轉(zhuǎn)換到現(xiàn)場控制，形成開放性的控制網(wǎng)絡(luò)，將其應(yīng)用在樓宇自動化領(lǐng)域中，將克服傳統(tǒng)方式因采用。了封閉式專用通信協(xié)議而帶來“自動化孤島”的嚴重不足本文應(yīng)用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)和單總線數(shù)字溫度傳感 器DSl8B20，設(shè)計了樓宇自動化溫度測控的智能節(jié)點與系統(tǒng)，測試結(jié)果表明：房間溫度能被很好地控制在22-26℃，滿足設(shè)計要求。
1 單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20的測溫原理
DS18B20的測溫原理如圖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，將被測溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率為f的脈沖，該脈沖經(jīng)計數(shù)器2變?yōu)殚l門信號輸出到溫度寄存器。當(dāng)閘門打開時，DSI8820就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖人進行計數(shù)，進而完成溫度測量。閘門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定。每次測量前，首先，將―55℃所對應(yīng)的基數(shù)分別置人減法計數(shù)器、溫度寄存器中。在閘門關(guān)閉之前，若計數(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位對應(yīng)0．5℃)。為了補償溫度振蕩器的拋物線特性，計數(shù)器被斜率累加器所決定的值進行預(yù)置，時鐘再次使計數(shù)器計數(shù)，然后，減至零，溫度寄存器的數(shù)值又增加0．5℃。重復(fù)上述過程，達到被測溫度值。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
本文應(yīng)用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)和單總線數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，針對于衡陽市某一6層綜合樓，設(shè)計了其樓宇自動化溫度測控的智能節(jié)點與系統(tǒng)。其建筑面積為14800m２，系統(tǒng)共有200個溫度點需要監(jiān)測和控制，此外，還有其他開關(guān)量輸出點360個，數(shù)字量輸入點200個，共用LonWorks智能節(jié)點40個，其中，13個節(jié)點用于溫度的監(jiān)測與控制，每個溫度節(jié)點可掛接16個溫度測控點，溫度測控的要求是被控量以24℃為平衡點在±2℃內(nèi)變化。本文僅涉及溫度測控節(jié)點。
2．1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成
本設(shè)計中，樓宇自動化溫度測控系統(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)點組成，節(jié)點包括神經(jīng)元芯片、傳感器、控制設(shè)備、收發(fā)器和電源等。節(jié)點之間通信支持雙絞線、電力線、光纖和紅外線等多種介質(zhì)，按照規(guī)范的Lon Talk協(xié)議進行通信，其通信速率范圍在300bps～1．5Mbps之間。Neuron芯片是LonWoKs的核心，它既進行通信管理，也同時具有輸入、輸出和控制的能力。系統(tǒng)選用兩級計算機監(jiān)控系統(tǒng)，即由中央監(jiān)控PC機、Lon網(wǎng)絡(luò)適配卡以及多個智能節(jié)點組成。中央PC機控制節(jié)點的接口采用Echelon的PCLTA-1OPCLonTalk適配卡，該卡是高性能的16位ISA總線LonWorks接口卡，系統(tǒng)中，
通信介質(zhì)為雙絞線。網(wǎng)絡(luò)采用基于LonWoks總線的網(wǎng)絡(luò)模型，節(jié)點數(shù)量可根據(jù)監(jiān)控的需要進行開放增減。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)采用總線方式，通信速率設(shè)為78．125kbps時， LonWorks總線任意兩節(jié)點之間的通信距離可以達到2700m，完全可以滿足樓宇自動化系統(tǒng)的通信要求。中央監(jiān)控PC機通過Lon網(wǎng)絡(luò)適配卡與LonWoks總線相連，用于整個系統(tǒng)的集中監(jiān)控、管理、分析及網(wǎng)絡(luò)通信檢測等。
2．2 智能溫度節(jié)點設(shè)計
系統(tǒng)采用基于主機的LonWorks智能節(jié)點，圖2也給出了節(jié)點的結(jié)構(gòu)。選用美國ATMEL公司增強型Flash單片機AT89S52作為主處理器以完成主要的測控任務(wù)，其內(nèi)嵌8k FlashROM，軟硬件上兼容AT89C52，但其最大的特點是集成了ISP接口，可直接在目標(biāo)板上進行系統(tǒng)編程，為用戶帶來了極大的方便；單總線上掛接的DSl8B20采用外接Vcc，方式而未用寄生供電，以便除了正常測量各點室溫外，還可在火災(zāi)初期等異常情況下能準確工作；利用8155擴展I／O，以對顯示、鍵盤、超溫報警等電路進行接口，此外，還通過溫控輸出單元對空調(diào)機組進行新回風(fēng)、送排風(fēng)、噴淋管等閥門進行控制，達到控溫的目的；Neuron芯片采用美國CY-PRESS公司的CY7C53120，以其為核心，再通過收發(fā)器FTT-1OA完成LonTalk協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，并通過事件調(diào)度完成用戶定義的各種計算、I／O事件處理及網(wǎng)絡(luò)報文處理等功能；收發(fā)器通過與Lon網(wǎng)接口負責(zé)將節(jié)點連入網(wǎng)絡(luò)。單片機AT89S52與Neuron芯片CY7C53120采用并行通信。P1口與3120的I00～I07相連作為8位的數(shù)據(jù)總線。P3．2與3120的I08相連，作為單片機請求發(fā)送數(shù)據(jù)的信號 線和接受3120溫度轉(zhuǎn)換命令的應(yīng)答線。P3．3與109相連，作為3120接收數(shù)據(jù)的應(yīng)答信號。P3．4與I010相連，作為3120發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令的信號線。這就保證了AT89S52與3120通信的嚴格同步。
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