浅析高层楼宇智能化系统以及智能节点设计

摘要：在众多智能系统之中，高层楼宇智能化系统则是智能建筑物所有系统的中流砥柱。它不仅能轻易对大楼各个设备系统进行监控和管理，同时也能有效的保障设备运转的安全性与可靠性，并且还实现了对设备的优化与控制，使得大楼系统的舒适性和集成化管理都能全面提高。高层楼宇功能的智能化成为建筑业发展的主要趋势，基于高层楼宇智能化的概述，应该从实际的角度出发，提出智能节能设计的具体方法。

关键词：高层楼宇智能化；体系结构；智能节点设计

前言

高层楼宇功能的智能化成为建筑业发展的主要趋势，基于高层楼宇智能化的概体现我国的综合实力。大部分高层楼宇朝着智能化和智能化方向发展，主要体现在其能够利用网络将安全、制冷、视听、供热、照明和通信等各项功能设备相连接，并让这些设备保持协同工作的状态，从而使各类设备处于主动工作的状态。

1 高层楼宇智能化系统的体系结构

高层楼宇智能化系统的体系结构按系统规模与管理类型以及控制方式来划分可分为集中式体系、分布式体系以及综合化体系这三种类型。

（1）集中式高层楼宇智能化系统

集中式高层楼宇智能化系统的特点正如其名一般，它可以将现场所有的信号集中起来，放置在同一场地。通常有一台主计算机，专门用于工业控制，通过在过程通道中进行各种数据的采集、分配以及控制，同时在状态异常时自动报警，这些基本的设备管理功能都能在此系统中充分实现。再通俗一点来说，集中式高层楼宇智能化就是把分散的系统实现管理的集中控制管理。对于机动结构而言，集中式高层楼宇智能化系统主要是采用双机结构来完成对现场信号的控制，因为双机的处理能力十分强大，能应对比较恶劣的现场环境以及危险性较强，不适宜管理人员进人的特殊场合。这种双机机构是由下位机和上位机组合而成，它们有明确的分工合作确保系统的正常运行，下位机主要是应用于现场信号的数据搜集与控制，上位机则是对设备进行有效的管理，两者之间的所有信息通过一系列的通讯协议来完成对接。集中式高层楼宇智能化系统的结构十分简单，操作性极强，且所需资金比较少，开发周期短，但是不足之处是其功能有限，无法满足现代化高楼大厦对于综合管理的需要。

（2）分布式高层楼宇智能化系统

分布式高层楼宇智能化系统是目前应用比较广泛的一种系统，它的特点是能够对现场信号进行分布控制，集中管理，在体系结构上层次化十分明确，管理起来也比较轻松，操作性很强。它主要由过程控制计算机、过程管理层计算机以及运营管理层计算机构成。

在系统计算机分工方面，运营管理层计算机是所有计算机系统的领导者，运营管理层计算机位于整个系统的最顶端，具有强大的数据处理与系统管理能力，它负责对系统数据库进行维护与管制，并还要负责各子系统的协调工作。过程控制计算机和过程管理层计算机则随时听候运营管理层计算机的指示和命令。过程控制计算机分散布置在各个控制现场，通过各传输装置包括传感器和变送器直接与执行装置等相连，实现主系统与子系统的信息交互以及对现场信号的实时监控；过程管理层计算机分为两种管理体系：监控站和操作站。监控站如其名一般，监视各个现场的工作情况，并直接与过程控制层计算机联系，把从过程控制层系统得到的各项数据与现场情况直接传递给操作站与运营管理层计算机。而操作站是主要负责操作工作，它为管理人员提供操作一个操作的平台，使得操作者可以通过通讯网络将操作命令及时传送给监控站，再由监控站实现具体操作项目。在高层楼宇智能化系统中由于各设备子系统的分布比较散乱，处于各个不同的场地，并且控制现场的环境通常都十分恶劣，因此，分布式高层楼宇智能化系统这种控制结构是实现实时控制的最佳方式。

（3）综合化高层楼宇智能化系统

综合化高层楼宇智能化系统集结了集中式高层楼宇智能化系统与分布式高层楼宇智能化系统的特点，实现了对于现场的分布控制，综合化管理。它在传统分布式高层楼宇智能化系统的基础上，合理的融合了集中式高层楼宇智能化系统的有点，再通过各项技术的综合使用，现已具备了综合化服务和管理的功能。再加上现如今网络技术的发达，轻松地就能融入各个系统之中，而整个系统通过高层楼宇智能化局域网相连接，以网络数据库代替了传统的单机集中式数据库，使得数据传输更加快捷、准确，操作性也变得更强。

2 智能节点设计的主要功能

高层楼宇智能化体统中一般包括网络层、管理层和智能控制层三部分，智能控制层是属于系统的底层，其不仅能够对各类信号设备进行实时监控，也能够实现各层之间的信息交换。在智能化高层楼宇中，高层楼宇的智能控制层主要是由多个智能节点组成。智能节点的任务主要有以下几点：能够对数据进行及时采集。能够对被检测对象中所包含的各种参量进行及时准确的检测和输入；能够做出及时的决策。智能节点能够对给定量和需要进行检测的量进行运算，并根据上位机所下达的控制指令来做好接下来的控制工作；能够进行实时通信。智能节点在将所有信息采集整理之后，会采用约定的方式将信息传输给上位机，并接收相应的控制指令；能够实现实时控制。智能节点能够根据已有的决策来发出控制指令，并做好实时控制工作。

3 智能节点的硬件设计

3.1单片机的选择

智能化高层楼宇智能节点能够对温度、有害气体和湿度等方面进行模拟量的检测，也能够对盗警、火灾等开关量进行三表数字量的读取和检测，同时还能够实现对电气设备开关的控制，也具有串行通信的功能。智能化高层楼宇智能节点任务简单，没有实时性方面的相关要求。为了尽量减少投入的成本，可以使用单片机AT89C52作为智能节点的微处理器。这一单片机具有低功耗和高性能的特点，其引脚能够和8051单片机兼容。通过对其运行情况进行分析后能够看出，对于一般的住户智能节点来说，8kB的存储器能够满足其使用需求。为了满足用户的更高需求，可以在设计中增加存储器的预留扩展空间，其扩展的容量一般为16～32kB，并根据实际需要来选择所需要的EPROM芯片。

3.2智能节点通信

智能节点时高层楼宇底层的主要集控中心，其不仅能够实现对信息的采集和控制，还能够起到传输和接受信息指令的作用。所以高层楼宇智能化系统的智能节点，应该具有远程通信的能力。由于智能节点与控制中线之间存在较远的距离，不能够使用RS-232进行串行通信，可以使用RS-485或者CAN进行通信。CAN的速度和安全性都满足通信要求，并且便于形成现场控制网络。但由于CAN总线具有一定的复杂性，且成本高，并且需要通过CAN接口才能够实现节点通信。所以本设计决定使用RS-485进行通信。RS-485接口简单，能够挂接多个节点，并且传输的距离较远，价格合理，适合在智能节点的设计中使用。

3.3智能节点的抗干扰

由于受现场情况影响，智能节点会由于受到干扰而出现程序跑飞的情况，所以应该采用一定的抗干扰措施，本设计主要采用软硬件相结合的抗干扰措施进行设计。在硬件设计中，需要在集成芯片的电源端接退耦电容，没有使用的集成芯片接高电平，这样才能防止外界信号对其造成的干扰。将电源线和地线进行加粗处理，这样就能减少环路产生的抗阻；地线能够在电路板的四周形成闭合回路，需要将数字地和模拟地分开进行布线。还可以在电路中设置相应的监控程序，可以用来保护智能节点的初试数据。

3.4智能节点的时钟

智能节点的时钟是由DS1302芯片所提供的，这一芯片具有高性能和低功耗的特点，其中包括实时时钟/日历和RAM，能够实现时间的计数处理。其外部和3.6v的电池相连接，能够实现长时间的保存RAM数据，也能够维持时钟的运行。通过使用3线穿行方式的接口，能够使智能节点时钟在2.5～5.5V的电源下工作。

4 智能节点的软件设计

在对智能节点的软件进行设计时，应该根据实际使用情况进行设计，如果考虑具体的存储容量问题，就应该使用MCS-51进行语言编程，这样就能使程序的各个部分之间的衔接更加紧凑。节点软件设计结构主要包括四个方面。1.智能节点软件设计中包含数据处理和采集部分，这一部分能够对传感器中的信号进行准确的判断和读取，然后根据最终的判断结果来确定应该转入的程序模块执行。在对这一部分内容进行编程时，应该事先定义I/O口的高低电平，这样才能满足传感器的需求，从而保证外部设备能够即插即用。控制部分主要控制的是外部设备的工作情况，并且需要外接功率来放大继电器或者电路；2.串行通信部分能够和控制中心实现信息的交换，主要负责接收上位机的指令，并将现场的状态情况传送至控制中心。智能节点软件设计主要是利用RS-485总线来进行通信的，如果使用CAN总线进行通信，则需要接上CAN通信模块；3.当显示程序处于正常状态时，只能够对时间、湿度和温度进行显示，如果发现异常情况，则会出现相应的报警提示；4.上位机的显示界面程序通常使用VB6.0进行编写，其控件功能较强大，并且编程较简单，同时还能够收发以文本和二进制形式存在的数据。

5 结语

本文所介绍的高层楼宇智能化以及智能节点设计所采用的是集成芯片，这一设计不仅结构简单、编程方便，还易于后期的维护，通过试验证明能够实现预期的功能，完全满足高层楼宇智能化对智能节点的要求。

参考文献：

[1]王振朝，马金龙，薛文玲，高如波.基于LonWorks和L-PLC的高层楼宇智能化系统设计[J].低压电器，2009（6）

[2]穆立君.基于CAN总线的高层楼宇智能化系统设计[D].湖南大学，2009（1）

推荐访问： 浅析 节点 智能化 楼宇 高层