智能建筑概述——畢業(yè)設(shè)計

1、第1章緒論概述.1智能建筑面臨的概述智能建筑(即公共建筑和住宅小區(qū)智能化)是現(xiàn)代建筑技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有十分鮮明信息社會的時代特征，也是人類社會進步、生產(chǎn)力發(fā)展的必然需求。進入21世紀(jì)以來，智能建筑在我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展并呈現(xiàn)了巨大的市場潛力，社會、經(jīng)濟效益顯著，對于改造提升傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)和改善人民生活水平起到了積極作用，為人們提供了更為安全、舒適、方便、高效的工作與生活環(huán)境。智能住宅小區(qū)在我國各地發(fā)展較快，在全國城鎮(zhèn)每年住宅開發(fā)總量4-5億平方米中占有相當(dāng)比例，并且以較快速度增長，己成為智能建筑發(fā)展的主要市場。由于智能住宅小區(qū)的產(chǎn)品難以成套引進，促進了國

2、內(nèi)產(chǎn)品供應(yīng)商的研發(fā)需求，膨脹了智能建筑領(lǐng)域的研發(fā)隊伍，各種新產(chǎn)品、新系統(tǒng)層出不窮，爭奇斗艷，從而形成了新的智能建筑產(chǎn)業(yè)。1.智能建筑發(fā)展現(xiàn)狀1996年以來，我國智能建筑取得了較大發(fā)展。智能建筑技術(shù)在全國范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用，其對象由賓館、商務(wù)樓向銀行、證券、辦公、圖書館、博物館、展覽館以及住宅(含住宅小區(qū))等拓展。智能建筑隊伍迅速成長，初步形成了一支具有一定規(guī)模的智能建筑設(shè)計、施工力量以及系統(tǒng)集成商和產(chǎn)品供應(yīng)商。與此同時，建設(shè)部和上海、江蘇、陜西、四川等省市先后成立智能建筑專業(yè)委員會及學(xué)術(shù)研究機構(gòu)，對智能建筑的發(fā)展起到了積極的推動作用。1999年以來，我國智能建筑技術(shù)日趨成熟，各地積累了一定的工

3、程經(jīng)驗，基本上適應(yīng)了國內(nèi)各類建筑對智能化的需求。人們對智能建筑開始注重理性化，對智能建筑有了更深入的理解，智能建筑的設(shè)計也較為注重切合實際，克服了過去貪大求全的做法。智能建筑技術(shù)產(chǎn)品也由過去的封閉狀態(tài)向開放性、市場化、公平競爭方面轉(zhuǎn)化，使智能建筑市場全面走向有序的發(fā)展軌道。目前，國外智能建筑發(fā)展已處于一個較高水平階段，具有以下特點，值得我們借鑒。(1).智能建筑充分體現(xiàn)“以人為本”的思想。智能建筑的最終受益者應(yīng)該是在其中生活、工作的人。一幢大廈的智能化程度，不能全視其所裝設(shè)備器材的先進程度，而主要取決于使用人的需求功能。發(fā)達國家的智能建筑發(fā)展到今天，己經(jīng)不是單純的高新技術(shù)產(chǎn)品的簡單合成，而是采

4、用高科技來實現(xiàn)人的需求，改善和提高人工環(huán)境的品質(zhì)，更好地為人服務(wù)。(2).智能建筑是信息產(chǎn)品升級換代和業(yè)主自身需求的結(jié)合。發(fā)達國家智能建筑的發(fā)展完全是二種市場行為的結(jié)果、業(yè)主行為的結(jié)果。政府只是對建筑物的節(jié)能和環(huán)保提出要求。而業(yè)主完全是根據(jù)市場和自身的需求來投資適用的智能建筑，不會盲目攀比。同樣，建筑商或設(shè)計公司也不會為標(biāo)榜自己而設(shè)計建造一幢沒有市場需求的智能建筑。2.主要技術(shù)發(fā)展趨勢及問題(1)控制網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和開放性。這一新趨勢必將影響智能建筑的樓宇自動化技術(shù)的發(fā)展具有開發(fā)性和互操作性的系統(tǒng)，是樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)的最佳選擇，例如，目前在樓宇控制系統(tǒng)中采用較多的有l(wèi)on woks和bac net

5、。另值得關(guān)注的是，近來工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展已有取代現(xiàn)場總線的趨勢，或者說現(xiàn)場總線的發(fā)展必然向工業(yè)以太網(wǎng)靠近，工業(yè)以太網(wǎng)因其協(xié)議開放而有廣泛應(yīng)用的潛力。控制網(wǎng)中融入ip技術(shù)也是值得注意的動向。(2).網(wǎng)絡(luò)寬帶化和引入internet技術(shù)。在我國政府部門制定的信息產(chǎn)業(yè)“十五”計劃綱要和2010年遠景目標(biāo)框架思路中，提出了:抓緊建設(shè)國家信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，繼續(xù)建設(shè)寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)，大力發(fā)展高速互聯(lián)網(wǎng)，高度重視信息資源的開發(fā)利用。為了滿足日益增長的信息應(yīng)用以及本身的系統(tǒng)集成和信息融合的需求，智能建筑信息系統(tǒng)的寬帶化是必然的。隨著光纖的廣泛使用，光纖到區(qū)(樓)，光纖到戶(桌面)，為智能建筑寬帶化創(chuàng)造必要的條件。i

6、nternet技術(shù)，己經(jīng)滲透到it各個領(lǐng)域，智能建筑也不例外，實現(xiàn)internet接入，進行本身網(wǎng)站的建設(shè)，滿足用戶訪問internet服務(wù)的需求，在internet上對智能建筑的某些功能進行遠程監(jiān)控和綜合管理等是當(dāng)前智能建筑信息網(wǎng)發(fā)展的新動向。(3).逐步選用無線通信技術(shù)。智能建筑中選用無線通信技術(shù)是發(fā)展的趨勢，今后若干年，隨著internet的無線訪問、無線局域網(wǎng)、無線家居智能系統(tǒng)(如藍牙技術(shù))等技術(shù)的不斷成熟，無線通信技術(shù)將會在不同建筑中應(yīng)用。(4).視頻傳輸技術(shù)的應(yīng)用。在數(shù)字化社區(qū)中視頻傳輸系統(tǒng)包括視頻點播系統(tǒng)(vod)、會議電視系統(tǒng)(mtv)、可視電話系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)以及家庭內(nèi)各種

7、視頻傳輸系統(tǒng)，這些視頻傳輸技術(shù)在智能建筑寬帶網(wǎng)上將會大量使用。在未來幾年之內(nèi)，計算機網(wǎng)上的多媒體會議系統(tǒng)將大大超過電信網(wǎng)上的會議系統(tǒng)。(5).系統(tǒng)集成化勢在必行。在目前的智能大廈(小區(qū))中，實際上已經(jīng)存在局域網(wǎng)、電話網(wǎng)、雙向有線電視網(wǎng)和控制網(wǎng)四類網(wǎng)絡(luò)。在信息化的智能建筑環(huán)境中事實上存在著數(shù)據(jù)、語音、視像和控制四種信息。系統(tǒng)集成與多種信息融合，有利于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、避免功能重復(fù)建設(shè)、減少投資;有利于資源集中和信息共享;有利于系統(tǒng)的科學(xué)管理、集中維護以及系統(tǒng)的發(fā)展和擴充等。實踐已證明系統(tǒng)集成和信息融合是必要的，其優(yōu)點是明顯的。在目前的技術(shù)條件下系統(tǒng)集成設(shè)計時，應(yīng)注意將控制網(wǎng)和信息網(wǎng)分層設(shè)計。當(dāng)通過信

8、息網(wǎng)實現(xiàn)子系統(tǒng)的互動時，要注意實時性和可靠性，同時增加硬件連鎖互動，以確?？煽?。(6).技術(shù)產(chǎn)品方面，從智能建筑技術(shù)的研究到智能建筑產(chǎn)品的開發(fā)，缺少必要的引導(dǎo)、協(xié)調(diào)和支持。缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能建筑硬、軟件產(chǎn)品。1.1.2智能小區(qū)(大廈)防盜報警系統(tǒng)的新動向家庭報警系統(tǒng)最初是單機式報警，即:只有現(xiàn)場報警功能，如果有非法入侵，入侵現(xiàn)場發(fā)出聲音警報，提示現(xiàn)場的主人嚇退入侵者，這種報警方式在布防現(xiàn)場起到了一定的作用，但因無法通知相關(guān)的安防單位或部門，體現(xiàn)較大的局限性。聯(lián)網(wǎng)式報警系統(tǒng)克服了單機報警的種種弊端，推出后得到很快的普及。報警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，可以設(shè)立接警中心，對轄區(qū)內(nèi)的報警器進行有效管理。既快

9、速有效的制止犯罪，又節(jié)省人力、物力，同時有可加大住戶的安全意識，因為住戶的“步、撤”防行為可清晰地反映到接警中心電腦上，當(dāng)住戶無意中忘記布防系統(tǒng)后，接警中心人員可以電話通知住戶或通過電話對住戶的報警系統(tǒng)進行布防。這樣可有效地杜絕因用戶大意而造成的損失，住戶的報警系統(tǒng)報警后可自動迅速的撥通接警中心主機，發(fā)出警情數(shù)據(jù)，同時也可撥通用戶預(yù)先設(shè)好的固定電話、手機、呼機等。這些有效的功能得到很大的普及。隨著大量的使用和推廣，基于電話線的聯(lián)網(wǎng)報警器存在的問題也逐漸暴露出來。1.在反映時間上:因傳輸網(wǎng)絡(luò)為電話線，需要通過電信的撥號程序才能進行信號傳輸，往往浪費大量的時間，從警情發(fā)生到接警中心計算機響應(yīng)一般要

10、4，5秒種或更長，這樣在突發(fā)犯罪預(yù)防方面往往達不到要求; 2.使用和維護成本方面:住戶的每次有效信息都要通過電話線進行傳輸，相當(dāng)于撥通一次電話，電信局就會收通話費，按每天6次步、撤防計，每天使用成本1.2元，很多用戶對此不滿。3.在安全和穩(wěn)定性方面:因傳輸網(wǎng)絡(luò)依賴于電信的pstn，當(dāng)電信部門的相關(guān)設(shè)備或線路出現(xiàn)問題時，報警信息就無法傳到報警中心，造成漏報現(xiàn)象的發(fā)生。4.在獨立性方面:每個住戶的家中都配有自己的電話機，報警主機是串接在電話機之間。當(dāng)用戶的話機性能不良或某些信號不合規(guī)定時，容易導(dǎo)致報警線路的癱瘓。因以上的問題是傳輸網(wǎng)絡(luò)的依賴性造成的，是基于電話線報警系統(tǒng)的固有問題，無法根本克服。總

11、線制報警系統(tǒng)通過小區(qū)內(nèi)的局域總線作為物理網(wǎng)絡(luò)，徹底擺脫電話線制的局限，其基本組成是:報警控制器，探測器，總線和報警中心的接警計算機。報警控制器連接多個探測器。報警控制器通過總線與接警計算機相連，按一定的協(xié)議通信，對發(fā)生的警情進行幾次校對，確認(rèn)后發(fā)出聲光報警?？偩€制報警系統(tǒng)具有先進性、開放性、獨立性、擴展性、高效性和經(jīng)濟性等特點?？偩€制報警系統(tǒng)還具有以下特點:1.零使用、維護成本:因為起物理網(wǎng)絡(luò)為小區(qū)內(nèi)自己鋪設(shè)的局域總線，在使用和維護上不需要投入資金，真正做到一次投資、終生受益。2.報警反應(yīng)高效、快速:因其系統(tǒng)是采用數(shù)碼流直接傳輸，不用撥號和模擬調(diào)制，真正做到即時報警、即時接警，從報警發(fā)生到中心

12、警示，只需0.1s數(shù)量級。3.擴展方便、兼容性好:智能小區(qū)的大多數(shù)子系統(tǒng)都通過小區(qū)的局域總線。傳輸信號，增減報警控制器不需要對總線改造。4.集成度高，功能性好:總線制報警系統(tǒng)的安裝配置可以通過接警中心計算機的軟件進行設(shè)置，還能與其他子系統(tǒng)互連。智能小區(qū)(大廈)防盜報警系統(tǒng)作為智能化系統(tǒng)中的子系統(tǒng)之一，同樣承載著智能建筑所面臨的挑戰(zhàn)與機遇。智能小區(qū)建設(shè)中，所有的系統(tǒng)都需要一個集中的小區(qū)監(jiān)控管理中心，傳統(tǒng)的防盜報警系統(tǒng)是采用電話線來傳送報警信號，信號傳輸速度慢，運行費用高，而且功能單一，要實現(xiàn)其他如周界防范、電子巡更、三表抄送等功能就必須另外布線，重新安裝新系統(tǒng)，并且各個系統(tǒng)各自獨立運行，互不相關(guān)

13、，各系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力差，系統(tǒng)運行、維護復(fù)雜，系統(tǒng)升級擴容困難，從而造成物業(yè)管理部門工作難度加大，系統(tǒng)的智能化程度降低。因此，在智能小區(qū)系統(tǒng)中，必須采用集成能力高的系統(tǒng)，通過單一的總線方式布線，集成家庭安防、周界防范、電子巡更、三表抄送、聯(lián)動控制、cctv、停車場管理、家居自動化等需要集中監(jiān)控的系統(tǒng)。針對居住的環(huán)境不同，用戶對于防盜報警系統(tǒng)的要求也不是一成不變的。因而智能防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計中要考慮這些因素。既要易于使用、安裝和維護，又要有利于擴張和升級，還要考慮與其他系統(tǒng)的集成和信息共享，關(guān)注計算機、通信技術(shù)的發(fā)展對系統(tǒng)帶來的影響。2本論文的工作與論文結(jié)構(gòu)從技術(shù)的角度來看，智能小區(qū)的防盜報警子系統(tǒng)和

14、智能大廈的防盜報警子系統(tǒng)，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和原理大同小異。故本論文將側(cè)重于論述智能小區(qū)防盜報警子系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。探討系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，軟硬件功能劃分，集成化的方法以及上位機軟件的實現(xiàn)，致力于自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品研發(fā)。本論文的結(jié)構(gòu)如下:第1章緒論，綜述了國內(nèi)外智能建筑的發(fā)展現(xiàn)狀和智能小區(qū)防盜報警系統(tǒng)的技術(shù)動態(tài)，介紹了論文的主要內(nèi)容。第2章智能小區(qū)防盜報警理念，定義了智能大廈、智能小區(qū)、智能建筑的概念與范疇，介紹了防盜報警子系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，分析了現(xiàn)場總線的技術(shù)特點，比較了lon works、can、rs485總線。第3章防盜系統(tǒng)分析與設(shè)計，通過分析比較幾種方案，再根據(jù)科研設(shè)備條件

15、，系統(tǒng)采用rs485現(xiàn)場的連接方案，分配了上位機、下位機的功能，確定了上位機與下位機的通信協(xié)議。第4章通過計算機進行管理。根據(jù)第3章的功能分配要求，介紹了軟件的功能與模塊的組織，描述了主程序流程和關(guān)鍵流程。介紹了數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，crc及其軟件實現(xiàn)等編程技術(shù)，簡要論述了提高系統(tǒng)可靠性的措施。最后是結(jié)論，總結(jié)論文的主要成果，并指出了今后進一步在本研究方向的展望與設(shè)想。第2章智能小區(qū)防盜報警理念 2.1智能大廈與智能小區(qū)概述本世紀(jì)八十年代以來，計算機、信息、電子、控制、通信等技術(shù)得到迅速發(fā)展，促使了社會生產(chǎn)力的提高，也使人們的生產(chǎn)方式和生活方式產(chǎn)生日新月異的變化。在建筑領(lǐng)域，198哇年，產(chǎn)生了智能建

16、筑(intelligent building)的概念。由于智能建筑與信息技術(shù)密切相關(guān)，它的概念也隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展而變化。因此，對于智能建筑，國際上至今尚無統(tǒng)一的定義。如美國智能建筑學(xué)會、日本智能建筑學(xué)會、歐洲智能建筑協(xié)會以及我國智能建筑專家，對智能建筑都有其定義。目前，一般推薦美國智能建筑學(xué)會的定義，即智能建筑是將結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、運營及其相互聯(lián)系全面綜合，并達到最佳組合，所獲得的高效率、高功能與高舒適性的建筑物。智能建筑和知識經(jīng)濟是信息時代的重要標(biāo)志。作為國家綜合國力和技術(shù)水平的具體體現(xiàn)，其特點和優(yōu)勢明顯，國內(nèi)外市場十分看好。智能建筑是“國際信息高速公路“和智能化城市的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其所具

17、有的作用、功能和效益，決定著它在現(xiàn)代信息社會中的重要角色。智能建筑不僅需要與國際信息高速公路接軌，而且也將進一步促進信息高速公路的發(fā)展。智能建筑的發(fā)展將帶動一批相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如信息、電子、自動化、計算機、電力技術(shù)，等等。智能建筑在國內(nèi)外的發(fā)展方興未艾，前景廣闊，世界各國競相研究和開發(fā)智能建筑技術(shù)。智能建筑的發(fā)展尚有許多理論與技術(shù)問題有待于研究和開發(fā)，如系統(tǒng)集成、智能材料、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、智能化物業(yè)管理技術(shù)研究等。近年來，智能建筑技術(shù)又有了新的發(fā)展，人們把智能建筑技術(shù)擴展到一個區(qū)域的幾座智能建筑進行綜合管理，再分層次地聯(lián)接起來進行統(tǒng)一管理，這樣的區(qū)域和城市分別被稱為智能小區(qū)和智能城市，智能小區(qū)

18、是智能城市的基本單元，它已成為建筑行業(yè)中繼智能建筑之后的又一熱點。所謂的智能小區(qū)，就是將在一定地域范圍內(nèi)多個具有相同或不同功能的建筑物(主要是指住宅小區(qū))按照統(tǒng)籌的方法分別對其功能進行智能化，資源充分共享，統(tǒng)一管理，在提供安全、舒適、方便、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展的生活環(huán)境的同時，便于統(tǒng)一管理和控制，并盡可能的提高性價比指標(biāo)。智能小區(qū)和小區(qū)智能化是兩個不同的概念，由于“智能化”是一個相對的概念，“智能化”技術(shù)本身也正在不斷地發(fā)展、完善、直至成熟，因此智能小區(qū)僅是對有一定智能程度的住宅小區(qū)的籠統(tǒng)稱呼，至于何種智能程度才能稱其為智能小區(qū)，現(xiàn)在尚沒有定性定量的標(biāo)準(zhǔn)。小區(qū)智能化概念表達了住宅小區(qū)的智能化是一個

19、過程，它應(yīng)當(dāng)隨著智能化技術(shù)的發(fā)展和人們需求的不斷增長而增長、完善，它表明了可持續(xù)發(fā)展性應(yīng)是小區(qū)智能化的重要特性，充分考慮到人們需求的不斷增長性。小區(qū)智能化的叫法更加適合客觀規(guī)律和符合中國的國情。近年來隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和國家住房制度的改革，人民生活和自身素質(zhì)得以不斷提高，人們對住房條件的要求越來越高，對環(huán)境的舒適性、便利性、安全性有了較高要求，加之電子信息產(chǎn)業(yè)正快速發(fā)展并向人們生活的各個領(lǐng)域滲透，與此相適應(yīng)，各種不同檔次的公寓、生活小區(qū)紛紛提出了自己不同的智能需求，由于住宅小區(qū)與綜合性智能建筑有著很大的區(qū)別，如何根據(jù)小區(qū)的特點，賦予小區(qū)各種功能以適應(yīng)不同層次的居民的需求，對小區(qū)實現(xiàn)統(tǒng)一、有

20、序、智能化、網(wǎng)絡(luò)化管理，這是智能建筑行業(yè)巫需解決的問題。在智能小區(qū)中，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用和控制方式的也不斷變化。計算機網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)已經(jīng)進入住宅小區(qū)，使住宅控制與管理技術(shù)發(fā)生深刻變化。八十年代，住宅控制方式主要為電子型。九十年代初為程序型控制方式，九十年代末發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)型控制方式。在二十一世紀(jì)，住宅控制方式將演變?yōu)橹悄芸刂菩?。各種家電設(shè)備都“上網(wǎng)”，實現(xiàn)家電接口標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備控制智能化、系統(tǒng)功能集成化。2.2智能小區(qū)防盜報警子系統(tǒng)根據(jù)探測器的種類及安裝的位置不同，報警系統(tǒng)的名稱也不一樣:周界防越報警系統(tǒng):探測器安裝在圍墻上，以防范翻越圍墻進入社區(qū)的非法入侵者。住宅防盜防火報警系統(tǒng):探測器安裝在住宅內(nèi)，

21、若發(fā)生非法入侵住家或發(fā)生如火災(zāi)、老人急癥等緊急事件，通過戶內(nèi)各種探測器，報警中心將很快獲得警情消息，并迅速派員趕往事件現(xiàn)場進行處理。2.2.1周界防越報警系統(tǒng)周界防越報警系統(tǒng)是為防止不法之徒通過小區(qū)非正常出入口闖入時而設(shè)立的，以此建立封閉式小區(qū)，防范閑雜人員出入，同時防范非法人員翻越圍墻或柵欄。通常，在小區(qū)的圍墻四周設(shè)置紅外多束對射探測器，一旦有非法入侵者闖入就會觸發(fā)，并立即發(fā)出報警信號到周界控制器，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸線發(fā)送至管理中心，并在小區(qū)中心電子地圖上顯示報警點位置，以利于保安人員及時準(zhǔn)確地處警，同時聯(lián)動現(xiàn)場的聲光報警器(白天使用)或強光燈(夜間使用)，及時威懾和阻止不法之徒，提醒有關(guān)人員注意

22、，做到群防群治，拒敵于小區(qū)之外，真正起到防范的作用。2.2.2住宅防盜防火報警系統(tǒng)住宅防盜報警系統(tǒng)是為了保證住戶在住宅內(nèi)的人身財產(chǎn)安全，通過在住宅內(nèi)門窗及室內(nèi)安裝各種探測器進行晝夜監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)測到警情時通過住宅內(nèi)的報警主機傳輸?shù)街悄芑芾碇行牡膱缶邮沼嬎銠C。接收機將準(zhǔn)確顯示警情發(fā)生住戶的名稱、地址和入侵方式等，提示保安人員迅速確認(rèn)警情，及時趕赴現(xiàn)場，以確保住戶人身和財產(chǎn)安全。住戶也可通過固定式緊急呼救報警系統(tǒng)或便攜式報警裝置，在住宅內(nèi)發(fā)生搶劫和突發(fā)疾病時，向管理中心呼救報警，中心可根據(jù)情況迅速出警。2.3現(xiàn)場總線技術(shù)介紹現(xiàn)場總線(fieldbus)是用于過程自動化、制造自動化、樓字自動化等領(lǐng)域

23、的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項以智能傳感、控制、計算機、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為自動化技術(shù)發(fā)展的熱點，并將導(dǎo)致自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。國際上許多實力、有影響的公司都先后在不同程度上進行了現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)。現(xiàn)場總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡單、容錯能力強、安全性好、成本低的特點;具有一定的時間確定性和較高的實時性要求;還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)

24、定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點。由于上述特點，現(xiàn)場總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù)，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色?，F(xiàn)場總線技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起，分散割據(jù)的初始階段后，盡管已有一定范圍的磋商合并，但至今尚未形成完整統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。其中有較強實力和影響的有l(wèi)on works、can和rs485等。它們具有各自的特色，在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。2.3.1現(xiàn)場總線的技術(shù)特點a.系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可進行互連并實現(xiàn)信息交換，現(xiàn)場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性，強調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的共識與遵從。一

25、個開放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個具有總線功能的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。b.互可操作性與互用性，這里的互可操作性，是指實現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實行點對點，一點對多點的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進行互換而實現(xiàn)互用。c.現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場設(shè)備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設(shè)備的運行狀態(tài)。d，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場

26、設(shè)備本身己可完成自動控制的基本功能，使得現(xiàn)場總線己構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有的集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。e.對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。工作在現(xiàn)場設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場總線，是專為在現(xiàn)場環(huán)境工作而設(shè)計的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。2.3.2現(xiàn)場總線的優(yōu)點由于現(xiàn)場總線的以上特點，特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、投運到正常生產(chǎn)運行及其檢修維護，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。a.節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于現(xiàn)場總線系

27、統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨的控制器、計算單元等，也不再需要dcs系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線，還可以用工控pc機作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設(shè)備的減少，還可減少控制室的占地面積。b.節(jié)省安裝費用?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，由于一對雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計與接頭校對的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時，無需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計、安裝的工作量。c.節(jié)省維護開銷

28、。由于現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除。縮短了維護停工時間，同時由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，連線簡 單而減少了維護工作量。d.用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)。用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被“框死”了設(shè)備的選擇范圍，不會為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集中過程中的主動權(quán)完全掌握在用戶手中。e.提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。由于現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差

29、。同時，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強，減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點。2.3.3lonworks現(xiàn)場總線lon works是一具有強勁實力的現(xiàn)場總線技術(shù)，它是由美國echelon公司推出并由它們與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)，于1990年正式公布而形成的。它采用了is0/0si模型的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置，其通訊速率從30obps至15mbps不等，直接通信距離可達到2700m(78kbps，雙絞線)，支持雙絞線、同軸電

30、纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)相應(yīng)的安全防爆產(chǎn)品，被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。lon works技術(shù)所采用的lontalks協(xié)議被封裝在稱之為neyron的芯片中并得以實現(xiàn)。集成芯片中有3個8位cpu;一個用于完成開放互連模型中第12層的功能，稱為媒體訪問控制處理器，實現(xiàn)介質(zhì)訪問的控制與處理:第二個用于完成第36層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò)處理器，進行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理背景診斷、函數(shù)路徑選擇、軟件計量時、網(wǎng)絡(luò)管理，并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等;第三個是應(yīng)用理器，執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼。芯片中還具有存儲信息緩沖區(qū)，以實現(xiàn)cpu之間的信息傳遞，并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū)。如，摩

31、托羅拉公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片mc143120e2就包含了2kram和2keeprom。在開發(fā)智能通信接口、智能傳感器方面，lonworks神經(jīng)元芯片也具有獨特的優(yōu)勢。lonworks技術(shù)已經(jīng)被美國暖通工程師協(xié)會ashre定為建筑自動化協(xié)議bacnet的一個標(biāo)準(zhǔn)。美國消費電子制造商協(xié)會已經(jīng)通過決議，以lonworks技術(shù)為基礎(chǔ)制定了eia-709標(biāo)準(zhǔn)。這樣，lonwork已經(jīng)建立了一套從協(xié)議開發(fā)、芯片設(shè)計、芯片制造、控制模塊開發(fā)制造、oem控制產(chǎn)品、最終控制產(chǎn)品、分銷、系統(tǒng)集成等一系列完整的開發(fā)、制造、推廣、應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，吸引了數(shù)萬家企業(yè)參與到這項工作中來，這對于一種技術(shù)的推廣、應(yīng)用有很大的促

32、進作用。lon works網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在我國的應(yīng)用過程中也遇到一些問題:lonworks網(wǎng)絡(luò)接入局域網(wǎng)問題一直是人們關(guān)注的話題，由于城市寬帶網(wǎng)的迅速發(fā)展，奠定了樓宇自動化和智能建筑系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，控制網(wǎng)絡(luò)接入數(shù)據(jù)網(wǎng)，不同的監(jiān)控網(wǎng)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)互連以達到數(shù)據(jù)共享、互動互連和中央信息集成管理的目的，這就提出了網(wǎng)絡(luò)路由的問題，ip路由器已經(jīng)有echelon公司、tac公司及其它一些公司的產(chǎn)品，但還存在著價格昂貴推廣困難的問題，這就期待著功能強、價格適中、適用性好的路由產(chǎn)品的出現(xiàn)。lon works作為一種現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用推廣，由于受echelon公司技術(shù)核心神經(jīng)元neuron芯片價格的影響，現(xiàn)場儀

33、表的智能化和對現(xiàn)場儀表直接進行統(tǒng)一組態(tài)的問題目前還不能實現(xiàn)，控制功能的分散還局限在i/0模塊的基礎(chǔ)上，還取決于i/0模塊輸入輸出口類型和數(shù)量的選擇上。所以在樓宇自動化系統(tǒng)應(yīng)用中，i/0模塊的選擇余地還比較小，面向?qū)ο蟮尼槍π赃€不夠強，1/0口的利用率還不夠高，這都是產(chǎn)品制造商應(yīng)注意的問題。2.3.4can總線can是控制網(wǎng)絡(luò)control area network的簡稱，最早由德國bosch公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)己被150國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了motorola、intel、philips、siemence、nec等公司的支持，已廣泛應(yīng)用在離

34、散控制領(lǐng)域。can協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有3層，只取0si底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達1mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/kbps，可掛接設(shè)備最多可達110個。can的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點嚴(yán)重錯誤時，具有自動關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使總線上的其它節(jié)點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。can支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點均可在任意時刻主動向其它節(jié)點發(fā)送信息，支持點對點、一點對多點和全局廣播方式接

35、收/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)幾個節(jié)點同時在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時，優(yōu)先級高的節(jié)點可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級低的節(jié)點則主動停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。已有多家公司開發(fā)生產(chǎn)了符合can協(xié)議的通信芯片，如1ntel公司的82527，motorola公司的mc68hc05x4，philips公司的82c250等。還有插pc機上的can總線接口卡，具有接口簡單、編程方便、開發(fā)系統(tǒng)價格便宜等優(yōu)點。2.3.5 rs-485總線rs-85作為現(xiàn)場總線的鼻祖，還有許多設(shè)備繼續(xù)沿用這種通訊協(xié)議。采用rs-85通訊具有設(shè)備簡單、低成本等優(yōu)勢，仍有強勁的生命力。以rs-485為基礎(chǔ)的opto-22命令集等也在許

36、多系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。rs-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅(qū)動器將ttl電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號輸出;在接收端，接收器將差分信號變成丁tl電平，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達200mv的電壓，故數(shù)據(jù)傳輸可達千米以外。rs-485許多電氣規(guī)定與rs-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。rs485可以采用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。而采用四線連接時，與rs422一樣只能實現(xiàn)點對多的通信，即只能有一個主(master)設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比rs-422有改進，無論四線還是二線連接方式總線上可連接

37、多達32個設(shè)備，sipex公司新推出的sp485r最多可支持400個節(jié)點。rs-485與rs-422的共模輸出電壓是不同的。rs-485共模輸出電壓在-7v至+12v之間，rs-422在-7v至+7v之間，rs-485接收器最小輸入阻抗為12k歐;rs-422是4k歐;rs-485滿足所有rs422的規(guī)范，所以rs-485的驅(qū)動器可以用在rs422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。但rs422的驅(qū)動器并不完全適用于rs485網(wǎng)絡(luò)。rs485與rs422一樣，最大傳輸速率為10mb/s。當(dāng)波特率為1200bps時，最大傳輸距離理論上可達15千米。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kbls速率以下，才可能使用規(guī)

38、定最長的電纜長度。rs485需要2個終接電阻，接在傳輸總線的兩端，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻(rs485有關(guān)電氣參數(shù)見表2-1)。2.4計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)介紹2.4.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及0si基本參考模型所謂網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)就是計算機網(wǎng)絡(luò)各層次及其協(xié)議的集合。通過通信信道和設(shè)備互連起來的多個不同地理位置的計算機系統(tǒng)，要使其能協(xié)同工作實現(xiàn)信息交換和資源共享，它們之間必須具有共同的語言。交流什么、怎樣交流及何時交流，都必須遵循某種互相都能接受的規(guī)則。1. 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(protocol)為進行計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)

39、據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。協(xié)議總是指某一層協(xié)議，準(zhǔn)確地說，它是對同等實體之間的通信制定的有關(guān)通信規(guī)則約定的集合。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三個要素:l)語義(semantics)。涉及用于協(xié)調(diào)與差錯處理的控制信息。2)語法(syntax)。涉及數(shù)據(jù)及控制信息的格式、編碼及信號電平等。3)定時(timing)。涉及速度匹配和排序等。2 網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)及其劃分所遵循的原則計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)。將一個復(fù)雜系統(tǒng)分解為若干個容易處理的子系統(tǒng)，然后“分而治之”，這種結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法是工程設(shè)計中常見的手段。分層就是系統(tǒng)分解的最好方法之一。在(圖2-l)所示的一般分層結(jié)構(gòu)中，n層是n-1層的用戶，又是

40、n+1層的服務(wù)提供者。n+1層雖然只直接使用了n層提供的服務(wù)，實際上它通過n層還間接地使用了n-l層以及以下所有各層的服務(wù)。層次結(jié)構(gòu)的好處在于使每一層實現(xiàn)一種相對獨立的功能。分層結(jié)構(gòu)還有利于交流、理解和標(biāo)準(zhǔn)化。層次結(jié)構(gòu)一般以垂直分層模型來表示(圖2-l)層次結(jié)構(gòu)的要點:l)除了在物理媒體上進行的是實通信之外，其余各對等實體間進行的都是虛通信。2)對等層的虛通信必須遵循該層的協(xié)議。3)n層的虛通信是通過n/n-1層間接口處n-1層提供的服務(wù)以及n-1層的通信(通常也是虛通信)來實現(xiàn)的。層次結(jié)構(gòu)劃分的原則:1)每層的功能應(yīng)是明確的，并且是相互獨立的。當(dāng)某一層的具體實現(xiàn)方法更新時，只要保持上、下層的

41、接口不變，便不會對鄰居產(chǎn)生影響。2)層間接口必須清晰，跨越接口的信息量應(yīng)盡可能少。3)層數(shù)應(yīng)適中。若層數(shù)太少，則造成每一層的協(xié)議太復(fù)雜;若層數(shù)太多，則體系結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，使描述和實現(xiàn)各層功能變得困難。網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)的特點是:1)以功能作為劃分層次的基礎(chǔ)。2)第n層的實體在實現(xiàn)自身定義的功能時，只能使用第n-1層提供的服務(wù)。3)第n層在向第n+1層提供的服務(wù)時，此服務(wù)不僅包含第n層本身的功能，還包含由下層服務(wù)提供的功能。4)僅在相鄰層間有接口，且所提供服務(wù)的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)對上一層完全屏蔽。3. 0si基本參考模型開放系統(tǒng)互連(open system interconnection)基本參考模型是由國

42、際標(biāo)準(zhǔn)化組織(is0)制定的標(biāo)準(zhǔn)化開放式計算機網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型，又稱is0s 0si參考模型。“開放”這個詞表示能使任何兩個遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)進行互連。0si包括了體系結(jié)構(gòu)、服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范三級抽象。0si的體系結(jié)構(gòu)定義了一個七層模型，用以進行進程間的通信，并作為一個框架來協(xié)調(diào)各層標(biāo)準(zhǔn)的制定;0si的服務(wù)定義描述了各層所提供的服務(wù)，以及層與層之間的抽象接口和交互用的服務(wù)原語;0si各層的協(xié)議規(guī)范，精確地定義了應(yīng)當(dāng)發(fā)送何種控制信息及何種過程來解釋該控制信息。需要強調(diào)的是，0si參考模型并非具體實現(xiàn)的描述，它只是一個為制定標(biāo)準(zhǔn)機而提供的概念性框架。在0si中，只有各種協(xié)議是可以實現(xiàn)的，

43、網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備只有與0si和有關(guān)協(xié)議相一致時才能互連。如圖2-2所示，0si七層模型從下到上分別為物理層(physical layer，ph)、數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer，dl)、網(wǎng)絡(luò)層(net work layer，n)、運輸層(transport layer，t)、會話層(session layer，s)、表示層(presentation layer，p)和應(yīng)用層(application layer，a)。從圖中可見，整個開放系統(tǒng)環(huán)境由作為信源和信宿的端開放系統(tǒng)及若干中繼開放系統(tǒng)通過物理媒體連接構(gòu)成。這里的端開放系統(tǒng)和中繼開放系統(tǒng)，都是國際標(biāo)準(zhǔn)0si7498中使用的術(shù)語。通俗

44、地說，它們變相當(dāng)于資源子網(wǎng)中的主機和通信子網(wǎng)中的節(jié)點機(imp)。只有在主機中才可能需要包含所有七層的功能，而在通信子網(wǎng)中的imp一般只需要最低三層甚至只要最低兩層的功能就可以了。2.4.2 tcp/ip參考模型0si模型雖然明確了“服務(wù)”、“接口”、“協(xié)議”三個概念，但由于其協(xié)議復(fù)雜等原因并沒有流行，而以tcp/ip參考模型卻成為事實的標(biāo)準(zhǔn)流行起來?，F(xiàn)在廣泛流行的internet的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的核心是tcp/ip協(xié)議。其體系結(jié)構(gòu)如圖2-3。1.物理層:在物理線路上傳輸原始的二進制數(shù)據(jù)位。2.數(shù)據(jù)鏈路層:在有差錯的物理線路上提供無差錯的數(shù)據(jù)傳輸。*tcp/ip參考模型把第1層和第2層合起來稱為

45、:host-to-network3.internet層(網(wǎng)絡(luò)層):控制通信子網(wǎng)提供源點到目的點的ip包傳送。4.運輸層:提供端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，主要包括tcp和udp。5.應(yīng)用層:提供各種internet管理和應(yīng)用服務(wù)功能。2.5智能小區(qū)防盜報警系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)2.5.1智能小區(qū)防盜報警系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)由報警探測器、報警控制器(下位機)和監(jiān)控中心管理計算機(上位機)三部份組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。探測器安裝在需要監(jiān)控的地方，實時監(jiān)控環(huán)境的情況。各報警控制器之間由總線相聯(lián)并與監(jiān)控中心的管理計算機通信。報警控制器監(jiān)控與其聯(lián)接的探測器的狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)有異常情況則向監(jiān)控中心發(fā)送相應(yīng)的報警信息，

46、監(jiān)控中心的計算機對報警信息進行處理，發(fā)出警報并在電子地圖上顯示警源位置，供保安人員參考處置。探測器是整個系統(tǒng)的眼，鼻，用來感知外界的信息，將其轉(zhuǎn)換成電平信號，向控制器傳遞。根據(jù)探測器所在的位置及種類的不同，報警系統(tǒng)的名字也有所不同。探測器的種類繁多，功能各異，常用的探測器有:紅外探頭-安裝在室內(nèi)的入口處、樓梯入口位置，當(dāng)人非法進入時，紅外探測器觸發(fā)主機報警。煙感探頭-安裝在客廳位置，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，探頭探測到煙霧，即觸發(fā)主機報警。震動探頭-安裝在玻璃上，當(dāng)發(fā)生破窗入室時，即觸發(fā)主機報警。門磁探頭-安裝在門上，當(dāng)發(fā)生非法破門入室時，即觸發(fā)主機報警。煤氣泄露探頭-安裝在廚房里，當(dāng)發(fā)生煤氣泄露時，即觸

47、發(fā)主機報警。雙子星紅外探頭-安裝在室內(nèi)的入口處、樓梯入口位置，當(dāng)人非法進入時，紅外探測器觸發(fā)主機報警，區(qū)別于普通紅外探頭，雙子星探頭必須成對使用，只有兩個探頭都報警主機才認(rèn)為報警事件發(fā)生，其優(yōu)點在于減少寵物引起的誤報警。緊急按鈕-當(dāng)有緊急情況發(fā)生，緊急按鈕被按下，此時主機接收報警信號并報警，單擊緊急按鈕為有聲報警，長按為無聲報警，此時現(xiàn)場警號不響但報警信息己經(jīng)發(fā)給報警中心。緊急撥號器-對于家中有年邁老人的家庭，當(dāng)出現(xiàn)緊急疾病時按下此鈕，120急救中心便能夠收到急救信號并迅速處理。下位機與探測器通常地理位置較近，可以用普通的兩芯線或四芯線等進行連接，下位機與上位機的地理位置較遠，其連接線的要求能

48、夠長距離傳輸，通常采用現(xiàn)場總線進行連接。2.5.2智能小區(qū)防盜報警系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)智能小區(qū)防盜報警系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和tcp/ip網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)類似，也是一個分層的結(jié)權(quán)(見圖2-5)探測器通常通過物理層與控制器(下位機)傳遞信號。下位機所包含的層數(shù)根據(jù)不同的需求有所不同，但最下面的兩層是必要的。下位機把探測器的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，提供信號傳輸?shù)牟铄e控制機制，保證正確地把探測器信號和探測器自身的識別號傳送到上位機。上位機通常是pc機、工控機或其他更高檔次的計算機。上位機至少包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。上位機能提供更多的警報表現(xiàn)方式和更靈活的信號傳送方法。上位機既可通過圖形、聲音等多

49、媒體來發(fā)出直接報警信號來提示上位機附近的值班人員，還能夠發(fā)出命令對其他報警設(shè)備進行聯(lián)動，實現(xiàn)一呼百應(yīng)的效果。上位機與下位機之間的通信方式也多種多樣，既可以通過tcp/ip方式，也可以通過can總線方式，還可以是rs485總線方式，等等。在整個系統(tǒng)中，下位機和上位機的功能分配不是一成不變的，要根據(jù)軟、硬件的成本，設(shè)備條件等客觀因數(shù)決定。第3章防盜系統(tǒng)分析與設(shè)計3.1總體設(shè)計總體設(shè)計思想本項目的總體設(shè)計是基于以下幾個方面的內(nèi)容:1、市場定位:本系統(tǒng)主要服務(wù)于國內(nèi)智能小區(qū)用戶,盡量達到最佳性能價格比，以期在中低端用戶中有一席之地。2、充分考慮系統(tǒng)集成化，確保與internet互連，使系統(tǒng)具有開放性和

50、標(biāo)準(zhǔn)。3、使系統(tǒng)安裝簡便，易維護和擴展性良好。4、確保系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。3.1.2 與internet互連的方案選擇防盜報警系統(tǒng)本質(zhì)是一種控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的系統(tǒng)是獨立的。近年來由于internet的迅猛發(fā)展，系統(tǒng)與internet互連變的急迫起來，連接方法也有多種選擇:方案1利用現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)，由lon works總線、profibus總線、can總線等連接起各設(shè)備，利用其成熟可靠的協(xié)議實現(xiàn)底層設(shè)備之間的互連，這是最為常見的方式。尤其是lonworks總線發(fā)展迅速，有可能成為智能建筑的標(biāo)準(zhǔn)。然而，其開發(fā)工具lonbuilder、node builder、lonmaker價格昂貴，不太適合我

51、國的國情(見圖3-l)方案2拋開現(xiàn)場總線及其專用協(xié)議，直接通過tcp/ip協(xié)議連到數(shù)據(jù)網(wǎng)上。這就要求設(shè)備里的單片機系統(tǒng)支持tcp/工p協(xié)議。但這些設(shè)備中的微控制器大多是簡單的控制器，它們的系統(tǒng)資源和運算速度根本無法運行復(fù)雜的tcp/ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計工程師還必須熟悉tcp/ip協(xié)議和相關(guān)的接口，軟件設(shè)計復(fù)雜，工作量大。另外每一設(shè)備都要申請一個ip地址，而ip地址資源是有限的，使用成本較高。以這種方案實現(xiàn)的有scenixsemiconduetor公司的sx stack和seiko公司的57600a芯片等(見圖3-2)。方案3在rs485串行通信標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成的物理層的基礎(chǔ)上，用自定義的通信協(xié)

52、議與上位機相聯(lián)接。由pc機完成tcp/ip的連接功能(見圖3-3)。該方案的優(yōu)點在于:下位機的功能相對簡單，開發(fā)成本低，因而開發(fā)周期短;上位機安裝windows操作系統(tǒng)，直接可以internet互連。通過上位機的軟件開發(fā)，可以實現(xiàn)良好的人機界面，實現(xiàn)聲光報警，圖形顯示等多媒體功能。windows平臺上提供了許多優(yōu)秀的開發(fā)工具，可以快速實現(xiàn)這些功能。開發(fā)周期短，易維護。在上述方案中，前兩個方案都需要使用專用芯片，這些芯片均由國外廠商生產(chǎn)，不具有自主知識產(chǎn)權(quán)，價格波動大，過多使用會造成市場受制于人的局面。表3-l為三種方案的比較，綜合考慮，再根據(jù)實驗條件，本設(shè)計采用方案33.2系統(tǒng)各部分的功能分配

53、3.2.1探測器探測器主要采用現(xiàn)有的產(chǎn)品，負(fù)責(zé)信號采集。3.2.2控制器(下位機)探測器的功能應(yīng)盡量簡單可靠，主要功能是采集探測器傳來的電信號，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，按一定的協(xié)議向主機發(fā)送。根據(jù)安裝維護要求，可以進行地址和端口的設(shè)置。另外，還需要少量具有輸出功能的端口用于聯(lián)動控制。每個輸入端可以監(jiān)測被測點的三種狀態(tài)(開路，短路和2-3k電阻)，其輸入可以是干觸點，也可以是傳感器的輸出。輸出可以是常開點也可是常閉點。設(shè)24個輸入和4個繼電器輸出端。地址空間為8位，即可以設(shè)置2的8次方(256)個下位機地址。如果地址全部用完，一共可以監(jiān)控24x256=6144個監(jiān)控點，足夠一般的小區(qū)使用。為提高可靠性，

54、采取光電隔離、突波保護、看門狗等措施，保證控制器可以日夜不間斷連續(xù)運行。考慮系統(tǒng)聯(lián)動要求，下位機分成兩種型號:“種是端口全部為輸入的，另一類中要求端口既有輸出又有輸入。3.2.3管理中心(上位機)管理計算機主要負(fù)責(zé)信息處理。要完成協(xié)議解釋，數(shù)據(jù)存儲，操作界面管理，多媒體顯示報警等功能，具備下列特性:1.直觀性當(dāng)系統(tǒng)接收到報警信息時，系統(tǒng)能采用聲光報警方式，在系統(tǒng)的住宅小區(qū)電子地圖全圖上立即顯示出報警點的具體位置和警情信息，并可通過打印機打印出來(如火警、盜警、防搶報警或線路故障)。點擊報警點，計算機屏幕上立即彈出報警點的詳細(xì)位置圖(子圖)包括周邊信息，如通道方向、周邊設(shè)施等;若為住戶報警，則同

55、時顯示住戶信息，便于接警人員根據(jù)具體情況處理警情。系統(tǒng)的報警部分包括防盜報警和緊急(防搶)報警，當(dāng)警情到來時，對應(yīng)的帶電子地圖顯示的報警窗口自動彈出，并伴有聲音提示和供值班人員輸入報警處理結(jié)果的窗口。如果線路故障，能夠顯示與其通信有關(guān)的控制器位置。2.實用性當(dāng)發(fā)生警情時，通過電子地圖，指揮人員可迅速了解報警點處的周邊環(huán)境，最近的保安人員位置，在最短時間內(nèi)調(diào)配最近人員，迅速趕赴現(xiàn)場處理警情。根據(jù)監(jiān)控點的工作要求，可以進行分時間段的布防、設(shè)防的設(shè)置，如上班時間撤防，下班時間設(shè)防等。3.保密性系統(tǒng)的電子地圖中可以包含許多特殊信息，如報警點物理位置，周邊環(huán)境等，有些信息屬保密信息，非授權(quán)人員不能查閱。

56、因此，在系統(tǒng)開發(fā)時重點考慮了該項內(nèi)容。在系統(tǒng)設(shè)置時，只有授權(quán)人員利用授權(quán)密碼才能對該信息進行查閱，而要對系統(tǒng)信息進行修改，則需要管理員密碼才能對系統(tǒng)進行修改。系統(tǒng)將權(quán)限分成三級，一是高級權(quán)限，為系統(tǒng)安裝人員擁有，可以進行與系統(tǒng)相關(guān)的硬件設(shè)置(如下位機地址、通信端口等)、可以設(shè)置下一級的權(quán)限。二是中級權(quán)限，分配給管理中心的管理人員，可以增加刪除一般保安的帳號，分配保安的初始密碼，可以進行所有用戶級操作。三是低級權(quán)限，一般的保安使用，可以進行應(yīng)警處理和修改自己的密碼。利用該套軟件，授權(quán)人員可以調(diào)入自己所需的電子地圖，在地圖上面添加具體的報警點位置，報警點相關(guān)信息等，而無關(guān)人員無需介入，保證了系統(tǒng)數(shù)

57、據(jù)的保密性。4.安全性和可靠性系統(tǒng)運行過程中，能自行產(chǎn)生運行日志，把系統(tǒng)每天實際運行情況，自動生成每天的記錄，包括每天值班人員的安排，值班時間，交接班記錄，發(fā)生報警的具體時間和報警內(nèi)容說明等。生成的報告可在計算機上顯示存盤，也可通過打印機打印出來。系統(tǒng)還能調(diào)閱以前的報警記錄供需要時使用。5.易安裝通過軟件，可以設(shè)置下位機在電子地圖的位置，可以設(shè)置探測器的類型和位置，并在圖上顯示。這樣，可以等下位機、探測器安裝好后，再統(tǒng)一在管理中心設(shè)置而不必來回在控制器現(xiàn)場和管理中心跑動，節(jié)省安裝調(diào)試的時間。由于工程改造，控制器和探測器的位置發(fā)生變動，也可以通過軟件的靈活設(shè)置輕而易舉得到實現(xiàn)。3.3通信協(xié)議通信采用輪詢方式工作，監(jiān)控中心主機使用帶光電隔離的moxa多串口(cii34is)，通過rs485總線接口，提供與多臺下位機(報警控制器)相聯(lián)接。當(dāng)然，也可以經(jīng)串口，通過rs485/rs232轉(zhuǎn)換器與下位機(報警控制器)相聯(lián)接。上位機按下位機地址順序依次問詢，得到下位機的響應(yīng)后再問詢下一個下位機。如果在一定時間內(nèi)仍沒有得到下位機響應(yīng)，則記錄下位機地址和未響應(yīng)的次數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗值，連續(xù)未響應(yīng)的次數(shù)超過15次則進行通信線路報警。經(jīng)測試，輪詢8個下位機(每個下位機可監(jiān)控24個探測點)最長時間不超過2秒，完全