智能建筑概述——毕业设计.doc

第1章绪论概述.1智能建筑面临的概述智能建筑(即公共建筑和住宅小区智能化)是现代建筑技术与现代通信技术、计算机技术、控制技术相结合的产物，具有十分鲜明信息社会的时代特征，也是人类社会进步、生产力发展的必然需求。进入21世纪以来，智能建筑在我国建筑行业的迅速发展并呈现了巨大的市场潜力，社会、经济效益显著，对于改造提升传统建筑产业和改善人民生活水平起到了积极作用，为人们提供了更为安全、舒适、方便、高效的工作与生活环境。智能住宅小区在我国各地发展较快，在全国城镇每年住宅开发总量4-5亿平方米中占有相当比例，并且以较快速度增长，己成为智能建筑发展的主要市场。由于智能住宅小区的产品难以成套引进，促进了国内产品供应商的研发需求，膨胀了智能建筑领域的研发队伍，各种新产品、新系统层出不穷，争奇斗艳，从而形成了新的智能建筑产业。1.智能建筑发展现状1996年以来，我国智能建筑取得了较大发展。智能建筑技术在全国范围内得到推广应用，其对象由宾馆、商务楼向银行、证券、办公、图书馆、博物馆、展览馆以及住宅(含住宅小区)等拓展。智能建筑队伍迅速成长，初步形成了一支具有一定规模的智能建筑设计、施工力量以及系统集成商和产品供应商。与此同时，建设部和上海、江苏、陕西、四川等省市先后成立智能建筑专业委员会及学术研究机构，对智能建筑的发展起到了积极的推动作用。1999年以来，我国智能建筑技术日趋成熟，各地积累了一定的工程经验，基本上适应了国内各类建筑对智能化的需求。人们对智能建筑开始注重理性化，对智能建筑有了更深入的理解，智能建筑的设计也较为注重切合实际，克服了过去贪大求全的做法。智能建筑技术产品也由过去的封闭状态向开放性、市场化、公平竞争方面转化，使智能建筑市场全面走向有序的发展轨道。目前，国外智能建筑发展已处于一个较高水平阶段，具有以下特点，值得我们借鉴。(1).智能建筑充分体现“以人为本”的思想。智能建筑的最终受益者应该是在其中生活、工作的人。一幢大厦的智能化程度，不能全视其所装设备器材的先进程度，而主要取决于使用人的需求功能。发达国家的智能建筑发展到今天，己经不是单纯的高新技术产品的简单合成，而是采用高科技来实现人的需求，改善和提高人工环境的品质，更好地为人服务。(2).智能建筑是信息产品升级换代和业主自身需求的结合。发达国家智能建筑的发展完全是二种市场行为的结果、业主行为的结果。政府只是对建筑物的节能和环保提出要求。而业主完全是根据市场和自身的需求来投资适用的智能建筑，不会盲目攀比。同样，建筑商或设计公司也不会为标榜自己而设计建造一幢没有市场需求的智能建筑。2.主要技术发展趋势及问题(1)控制网的标准化和开放性。这一新趋势必将影响智能建筑的楼宇自动化技术的发展具有开发性和互操作性的系统，是楼宇设备控制系统的最佳选择，例如，目前在楼宇控制系统中采用较多的有lon woks和bac net。另值得关注的是，近来工业以太网的发展已有取代现场总线的趋势，或者说现场总线的发展必然向工业以太网靠近，工业以太网因其协议开放而有广泛应用的潜力。控制网中融入ip技术也是值得注意的动向。(2).网络宽带化和引入internet技术。在我国政府部门制定的信息产业“十五”计划纲要和2010年远景目标框架思路中，提出了:抓紧建设国家信息产业基础设施，继续建设宽带传输网络，大力发展高速互联网，高度重视信息资源的开发利用。为了满足日益增长的信息应用以及本身的系统集成和信息融合的需求，智能建筑信息系统的宽带化是必然的。随着光纤的广泛使用，光纤到区(楼)，光纤到户(桌面)，为智能建筑宽带化创造必要的条件。internet技术，己经渗透到it各个领域，智能建筑也不例外，实现internet接入，进行本身网站的建设，满足用户访问internet服务的需求，在internet上对智能建筑的某些功能进行远程监控和综合管理等是当前智能建筑信息网发展的新动向。(3).逐步选用无线通信技术。智能建筑中选用无线通信技术是发展的趋势，今后若干年，随着internet的无线访问、无线局域网、无线家居智能系统(如蓝牙技术)等技术的不断成熟，无线通信技术将会在不同建筑中应用。(4).视频传输技术的应用。在数字化社区中视频传输系统包括视频点播系统(vod)、会议电视系统(mtv)、可视电话系统、可视对讲系统以及家庭内各种视频传输系统，这些视频传输技术在智能建筑宽带网上将会大量使用。在未来几年之内，计算机网上的多媒体会议系统将大大超过电信网上的会议系统。(5).系统集成化势在必行。在目前的智能大厦(小区)中，实际上已经存在局域网、电话网、双向有线电视网和控制网四类网络。在信息化的智能建筑环境中事实上存在着数据、语音、视像和控制四种信息。系统集成与多种信息融合，有利于优化网络结构、避免功能重复建设、减少投资;有利于资源集中和信息共享;有利于系统的科学管理、集中维护以及系统的发展和扩充等。实践已证明系统集成和信息融合是必要的，其优点是明显的。在目前的技术条件下系统集成设计时，应注意将控制网和信息网分层设计。当通过信息网实现子系统的互动时，要注意实时性和可靠性，同时增加硬件连锁互动，以确保可靠。(6).技术产品方面，从智能建筑技术的研究到智能建筑产品的开发，缺少必要的引导、协调和支持。缺乏具有自主知识产权的智能建筑硬、软件产品。1.1.2智能小区(大厦)防盗报警系统的新动向家庭报警系统最初是单机式报警，即:只有现场报警功能，如果有非法入侵，入侵现场发出声音警报，提示现场的主人吓退入侵者，这种报警方式在布防现场起到了一定的作用，但因无法通知相关的安防单位或部门，体现较大的局限性。联网式报警系统克服了单机报警的种种弊端，推出后得到很快的普及。报警系统联网后，可以设立接警中心，对辖区内的报警器进行有效管理。既快速有效的制止犯罪，又节省人力、物力，同时有可加大住户的安全意识，因为住户的“步、撤”防行为可清晰地反映到接警中心电脑上，当住户无意中忘记布防系统后，接警中心人员可以电话通知住户或通过电话对住户的报警系统进行布防。这样可有效地杜绝因用户大意而造成的损失，住户的报警系统报警后可自动迅速的拨通接警中心主机，发出警情数据，同时也可拨通用户预先设好的固定电话、手机、呼机等。这些有效的功能得到很大的普及。随着大量的使用和推广，基于电话线的联网报警器存在的问题也逐渐暴露出来。1.在反映时间上:因传输网络为电话线，需要通过电信的拨号程序才能进行信号传输，往往浪费大量的时间，从警情发生到接警中心计算机响应一般要4，5秒种或更长，这样在突发犯罪预防方面往往达不到要求; 2.使用和维护成本方面:住户的每次有效信息都要通过电话线进行传输，相当于拨通一次电话，电信局就会收通话费，按每天6次步、撤防计，每天使用成本1.2元，很多用户对此不满。3.在安全和稳定性方面:因传输网络依赖于电信的pstn，当电信部门的相关设备或线路出现问题时，报警信息就无法传到报警中心，造成漏报现象的发生。4.在独立性方面:每个住户的家中都配有自己的电话机，报警主机是串接在电话机之间。当用户的话机性能不良或某些信号不合规定时，容易导致报警线路的瘫痪。因以上的问题是传输网络的依赖性造成的，是基于电话线报警系统的固有问题，无法根本克服。总线制报警系统通过小区内的局域总线作为物理网络，彻底摆脱电话线制的局限，其基本组成是:报警控制器，探测器，总线和报警中心的接警计算机。报警控制器连接多个探测器。报警控制器通过总线与接警计算机相连，按一定的协议通信，对发生的警情进行几次校对，确认后发出声光报警。总线制报警系统具有先进性、开放性、独立性、扩展性、高效性和经济性等特点。总线制报警系统还具有以下特点:1.零使用、维护成本:因为起物理网络为小区内自己铺设的局域总线，在使用和维护上不需要投入资金，真正做到一次投资、终生受益。2.报警反应高效、快速:因其系统是采用数码流直接传输，不用拨号和模拟调制，真正做到即时报警、即时接警，从报警发生到中心警示，只需0.1s数量级。3.扩展方便、兼容性好:智能小区的大多数子系统都通过小区的局域总线。传输信号，增减报警控制器不需要对总线改造。4.集成度高，功能性好:总线制报警系统的安装配置可以通过接警中心计算机的软件进行设置，还能与其他子系统互连。智能小区(大厦)防盗报警系统作为智能化系统中的子系统之一，同样承载着智能建筑所面临的挑战与机遇。智能小区建设中，所有的系统都需要一个集中的小区监控管理中心，传统的防盗报警系统是采用电话线来传送报警信号，信号传输速度慢，运行费用高，而且功能单一，要实现其他如周界防范、电子巡更、三表抄送等功能就必须另外布线，重新安装新系统，并且各个系统各自独立运行，互不相关，各系统协调能力差，系统运行、维护复杂，系统升级扩容困难，从而造成物业管理部门工作难度加大，系统的智能化程度降低。因此，在智能小区系统中，必须采用集成能力高的系统，通过单一的总线方式布线，集成家庭安防、周界防范、电子巡更、三表抄送、联动控制、cctv、停车场管理、家居自动化等需要集中监控的系统。针对居住的环境不同，用户对于防盗报警系统的要求也不是一成不变的。因而智能防盗报警系统的设计中要考虑这些因素。既要易于使用、安装和维护，又要有利于扩张和升级，还要考虑与其他系统的集成和信息共享，关注计算机、通信技术的发展对系统带来的影响。2本论文的工作与论文结构从技术的角度来看，智能小区的防盗报警子系统和智能大厦的防盗报警子系统，内部的结构和原理大同小异。故本论文将侧重于论述智能小区防盗报警子系统的设计与实现。探讨系统的体系结构，软硬件功能划分，集成化的方法以及上位机软件的实现，致力于自主知识产权的产品研发。本论文的结构如下:第1章绪论，综述了国内外智能建筑的发展现状和智能小区防盗报警系统的技术动态，介绍了论文的主要内容。第2章智能小区防盗报警理念，定义了智能大厦、智能小区、智能建筑的概念与范畴，介绍了防盗报警子系统的组成、系统结构和计算机网络体系结构，分析了现场总线的技术特点，比较了lon works、can、rs485总线。第3章防盗系统分析与设计，通过分析比较几种方案，再根据科研设备条件，系统采用rs485现场的连接方案，分配了上位机、下位机的功能，确定了上位机与下位机的通信协议。第4章通过计算机进行管理。根据第3章的功能分配要求，介绍了软件的功能与模块的组织，描述了主程序流程和关键流程。介绍了数据库访问技术，crc及其软件实现等编程技术，简要论述了提高系统可靠性的措施。最后是结论，总结论文的主要成果，并指出了今后进一步在本研究方向的展望与设想。第2章智能小区防盗报警理念 2.1智能大厦与智能小区概述本世纪八十年代以来，计算机、信息、电子、控制、通信等技术得到迅速发展，促使了社会生产力的提高，也使人们的生产方式和生活方式产生日新月异的变化。在建筑领域，198哇年，产生了智能建筑(intelligent building)的概念。由于智能建筑与信息技术密切相关，它的概念也随着现代高新技术的发展而变化。因此，对于智能建筑，国际上至今尚无统一的定义。如美国智能建筑学会、日本智能建筑学会、欧洲智能建筑协会以及我国智能建筑专家，对智能建筑都有其定义。目前，一般推荐美国智能建筑学会的定义，即智能建筑是将结构、系统、服务、运营及其相互联系全面综合，并达到最佳组合，所获得的高效率、高功能与高舒适性的建筑物。智能建筑和知识经济是信息时代的重要标志。作为国家综合国力和技术水平的具体体现，其特点和优势明显，国内外市场十分看好。智能建筑是“国际信息高速公路“和智能化城市的网络节点，其所具有的作用、功能和效益，决定着它在现代信息社会中的重要角色。智能建筑不仅需要与国际信息高速公路接轨，而且也将进一步促进信息高速公路的发展。智能建筑的发展将带动一批相关技术与产业的发展，如信息、电子、自动化、计算机、电力技术，等等。智能建筑在国内外的发展方兴未艾，前景广阔，世界各国竞相研究和开发智能建筑技术。智能建筑的发展尚有许多理论与技术问题有待于研究和开发，如系统集成、智能材料、网络结构、智能化物业管理技术研究等。近年来，智能建筑技术又有了新的发展，人们把智能建筑技术扩展到一个区域的几座智能建筑进行综合管理，再分层次地联接起来进行统一管理，这样的区域和城市分别被称为智能小区和智能城市，智能小区是智能城市的基本单元，它已成为建筑行业中继智能建筑之后的又一热点。所谓的智能小区，就是将在一定地域范围内多个具有相同或不同功能的建筑物(主要是指住宅小区)按照统筹的方法分别对其功能进行智能化，资源充分共享，统一管理，在提供安全、舒适、方便、节能、可持续发展的生活环境的同时，便于统一管理和控制，并尽可能的提高性价比指标。智能小区和小区智能化是两个不同的概念，由于“智能化”是一个相对的概念，“智能化”技术本身也正在不断地发展、完善、直至成熟，因此智能小区仅是对有一定智能程度的住宅小区的笼统称呼，至于何种智能程度才能称其为智能小区，现在尚没有定性定量的标准。小区智能化概念表达了住宅小区的智能化是一个过程，它应当随着智能化技术的发展和人们需求的不断增长而增长、完善，它表明了可持续发展性应是小区智能化的重要特性，充分考虑到人们需求的不断增长性。小区智能化的叫法更加适合客观规律和符合中国的国情。近年来随着我国国民经济的发展和国家住房制度的改革，人民生活和自身素质得以不断提高，人们对住房条件的要求越来越高，对环境的舒适性、便利性、安全性有了较高要求，加之电子信息产业正快速发展并向人们生活的各个领域渗透，与此相适应，各种不同档次的公寓、生活小区纷纷提出了自己不同的智能需求，由于住宅小区与综合性智能建筑有着很大的区别，如何根据小区的特点，赋予小区各种功能以适应不同层次的居民的需求，对小区实现统一、有序、智能化、网络化管理，这是智能建筑行业巫需解决的问题。在智能小区中，网络技术应用和控制方式的也不断变化。计算机网络和多媒体技术已经进入住宅小区，使住宅控制与管理技术发生深刻变化。八十年代，住宅控制方式主要为电子型。九十年代初为程序型控制方式，九十年代末发展为网络型控制方式。在二十一世纪，住宅控制方式将演变为智能控制型。各种家电设备都“上网”，实现家电接口标准化、设备控制智能化、系统功能集成化。2.2智能小区防盗报警子系统根据探测器的种类及安装的位置不同，报警系统的名称也不一样:周界防越报警系统:探测器安装在围墙上，以防范翻越围墙进入社区的非法入侵者。住宅防盗防火报警系统:探测器安装在住宅内，若发生非法入侵住家或发生如火灾、老人急症等紧急事件，通过户内各种探测器，报警中心将很快获得警情消息，并迅速派员赶往事件现场进行处理。2.2.1周界防越报警系统周界防越报警系统是为防止不法之徒通过小区非正常出入口闯入时而设立的，以此建立封闭式小区，防范闲杂人员出入，同时防范非法人员翻越围墙或栅栏。通常，在小区的围墙四周设置红外多束对射探测器，一旦有非法入侵者闯入就会触发，并立即发出报警信号到周界控制器，通过网络传输线发送至管理中心，并在小区中心电子地图上显示报警点位置，以利于保安人员及时准确地处警，同时联动现场的声光报警器(白天使用)或强光灯(夜间使用)，及时威慑和阻止不法之徒，提醒有关人员注意，做到群防群治，拒敌于小区之外，真正起到防范的作用。2.2.2住宅防盗防火报警系统住宅防盗报警系统是为了保证住户在住宅内的人身财产安全，通过在住宅内门窗及室内安装各种探测器进行昼夜监控。当监测到警情时通过住宅内的报警主机传输到智能化管理中心的报警接收计算机。接收机将准确显示警情发生住户的名称、地址和入侵方式等，提示保安人员迅速确认警情，及时赶赴现场，以确保住户人身和财产安全。住户也可通过固定式紧急呼救报警系统或便携式报警装置，在住宅内发生抢劫和突发疾病时，向管理中心呼救报警，中心可根据情况迅速出警。2.3现场总线技术介绍现场总线(fieldbus)是用于过程自动化、制造自动化、楼字自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点;具有一定的时间确定性和较高的实时性要求;还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中有较强实力和影响的有lon works、can和rs485等。它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势。2.3.1现场总线的技术特点a.系统的开放性。开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。b.互可操作性与互用性，这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。c.现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。d，系统结构的高度分散性。由于现场设备本身己可完成自动控制的基本功能，使得现场总线己构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有的集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。e.对现场环境的适应性。工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。2.3.2现场总线的优点由于现场总线的以上特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计、安装、投运到正常生产运行及其检修维护，都体现出优越性。a.节省硬件数量与投资。由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要dcs系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控pc机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少，还可减少控制室的占地面积。b.节省安装费用。现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。c.节省维护开销。由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简 单而减少了维护工作量。d.用户具有高度的系统集成主动权。用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品被“框死”了设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集中过程中的主动权完全掌握在用户手中。e.提高了系统的准确性与可靠性。由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。2.3.3lonworks现场总线lon works是一具有强劲实力的现场总线技术，它是由美国echelon公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。它采用了is0/0si模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通讯速率从30obps至15mbps不等，直接通信距离可达到2700m(78kbps，双绞线)，支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的安全防爆产品，被誉为通用控制网络。lon works技术所采用的lontalks协议被封装在称之为neyron的芯片中并得以实现。集成芯片中有3个8位cpu;一个用于完成开放互连模型中第12层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理:第二个用于完成第36层的功能，称为网络处理器，进行网络变量处理的寻址、处理背景诊断、函数路径选择、软件计量时、网络管理，并负责网络通信控制、收发数据包等;第三个是应用理器，执行操作系统服务与用户代码。芯片中还具有存储信息缓冲区，以实现cpu之间的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。如，摩托罗拉公司生产的神经元集成芯片mc143120e2就包含了2kram和2keeprom。在开发智能通信接口、智能传感器方面，lonworks神经元芯片也具有独特的优势。lonworks技术已经被美国暖通工程师协会ashre定为建筑自动化协议bacnet的一个标准。美国消费电子制造商协会已经通过决议，以lonworks技术为基础制定了eia-709标准。这样，lonwork已经建立了一套从协议开发、芯片设计、芯片制造、控制模块开发制造、oem控制产品、最终控制产品、分销、系统集成等一系列完整的开发、制造、推广、应用体系结构，吸引了数万家企业参与到这项工作中来，这对于一种技术的推广、应用有很大的促进作用。lon works网络技术在我国的应用过程中也遇到一些问题:lonworks网络接入局域网问题一直是人们关注的话题，由于城市宽带网的迅速发展，奠定了楼宇自动化和智能建筑系统集成数据网络的基础，控制网络接入数据网，不同的监控网通过数据网互连以达到数据共享、互动互连和中央信息集成管理的目的，这就提出了网络路由的问题，ip路由器已经有echelon公司、tac公司及其它一些公司的产品，但还存在着价格昂贵推广困难的问题，这就期待着功能强、价格适中、适用性好的路由产品的出现。lon works作为一种现场总线技术的应用推广，由于受echelon公司技术核心神经元neuron芯片价格的影响，现场仪表的智能化和对现场仪表直接进行统一组态的问题目前还不能实现，控制功能的分散还局限在i/0模块的基础上，还取决于i/0模块输入输出口类型和数量的选择上。所以在楼宇自动化系统应用中，i/0模块的选择余地还比较小，面向对象的针对性还不够强，1/0口的利用率还不够高，这都是产品制造商应注意的问题。2.3.4can总线can是控制网络control area network的简称，最早由德国bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现己被150国际标准组织制订为国际标准，得到了motorola、intel、philips、siemence、nec等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。can协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，不过，其模型结构只有3层，只取0si底层的物理层、数据链路层和顶上层的应用层。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/kbps，可挂接设备最多可达110个。can的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能以切断该节点与总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。can支持多主方式工作，网络上任何节点均可在任意时刻主动向其它节点发送信息，支持点对点、一点对多点和全局广播方式接收/发送数据。它采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免了总线冲突。已有多家公司开发生产了符合can协议的通信芯片，如1ntel公司的82527，motorola公司的mc68hc05x4，philips公司的82c250等。还有插pc机上的can总线接口卡，具有接口简单、编程方便、开发系统价格便宜等优点。2.3.5 rs-485总线rs-85作为现场总线的鼻祖，还有许多设备继续沿用这种通讯协议。采用rs-85通讯具有设备简单、低成本等优势，仍有强劲的生命力。以rs-485为基础的opto-22命令集等也在许多系统中得到了广泛的应用。rs-485收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将ttl电平信号转换成差分信号输出;在接收端，接收器将差分信号变成丁tl电平，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mv的电压，故数据传输可达千米以外。rs-485许多电气规定与rs-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。rs485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与rs422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主(master)设备，其余为从设备，但它比rs-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可连接多达32个设备，sipex公司新推出的sp485r最多可支持400个节点。rs-485与rs-422的共模输出电压是不同的。rs-485共模输出电压在-7v至+12v之间，rs-422在-7v至+7v之间，rs-485接收器最小输入阻抗为12k欧;rs-422是4k欧;rs-485满足所有rs422的规范，所以rs-485的驱动器可以用在rs422网络中应用。但rs422的驱动器并不完全适用于rs485网络。rs485与rs422一样，最大传输速率为10mb/s。当波特率为1200bps时，最大传输距离理论上可达15千米。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kbls速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。rs485需要2个终接电阻，接在传输总线的两端，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻(rs485有关电气参数见表2-1)。2.4计算机网络的体系结构介绍2.4.1网络体系结构及0si基本参考模型所谓网络的体系结构(architecture)就是计算机网络各层次及其协议的集合。通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的计算机系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵循某种互相都能接受的规则。1. 网络协议(protocol)为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议总是指某一层协议，准确地说，它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合。网络协议的三个要素:l)语义(semantics)。涉及用于协调与差错处理的控制信息。2)语法(syntax)。涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。3)定时(timing)。涉及速度匹配和排序等。2 网络的体系结构及其划分所遵循的原则计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治之”，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。分层就是系统分解的最好方法之一。在(图2-l)所示的一般分层结构中，n层是n-1层的用户，又是n+1层的服务提供者。n+1层虽然只直接使用了n层提供的服务，实际上它通过n层还间接地使用了n-l层以及以下所有各层的服务。层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。分层结构还有利于交流、理解和标准化。层次结构一般以垂直分层模型来表示(图2-l)层次结构的要点:l)除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议。3)n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信(通常也是虚通信)来实现的。层次结构划分的原则:1)每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。当某一层的具体实现方法更新时，只要保持上、下层的接口不变，便不会对邻居产生影响。2)层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。3)层数应适中。若层数太少，则造成每一层的协议太复杂;若层数太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困难。网络的体系结构的特点是:1)以功能作为划分层次的基础。2)第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。3)第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。4)仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。3. 0si基本参考模型开放系统互连(open system interconnection)基本参考模型是由国际标准化组织(is0)制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型，又称is0s 0si参考模型。“开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行互连。0si包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。0si的体系结构定义了一个七层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调各层标准的制定;0si的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语;0si各层的协议规范，精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。需要强调的是，0si参考模型并非具体实现的描述，它只是一个为制定标准机而提供的概念性框架。在0si中，只有各种协议是可以实现的，网络中的设备只有与0si和有关协议相一致时才能互连。如图2-2所示，0si七层模型从下到上分别为物理层(physical layer，ph)、数据链路层(data link layer，dl)、网络层(net work layer，n)、运输层(transport layer，t)、会话层(session layer，s)、表示层(presentation layer，p)和应用层(application layer，a)。从图中可见，整个开放系统环境由作为信源和信宿的端开放系统及若干中继开放系统通过物理媒体连接构成。这里的端开放系统和中继开放系统，都是国际标准0si7498中使用的术语。通俗地说，它们变相当于资源子网中的主机和通信子网中的节点机(imp)。只有在主机中才可能需要包含所有七层的功能，而在通信子网中的imp一般只需要最低三层甚至只要最低两层的功能就可以了。2.4.2 tcp/ip参考模型0si模型虽然明确了“服务”、“接口”、“协议”三个概念，但由于其协议复杂等原因并没有流行，而以tcp/ip参考模型却成为事实的标准流行起来。现在广泛流行的internet的网络体系结构的核心是tcp/ip协议。其体系结构如图2-3。1.物理层:在物理线路上传输原始的二进制数据位。2.数据链路层:在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输。*tcp/ip参考模型把第1层和第2层合起来称为:host-to-network3.internet层(网络层):控制通信子网提供源点到目的点的ip包传送。4.运输层:提供端到端的数据传送服务，主要包括tcp和udp。5.应用层:提供各种internet管理和应用服务功能。2.5智能小区防盗报警系统组成与体系结构2.5.1智能小区防盗报警系统的组成该系统由报警探测器、报警控制器(下位机)和监控中心管理计算机(上位机)三部份组成。其系统结构如图2-4所示。探测器安装在需要监控的地方，实时监控环境的情况。各报警控制器之间由总线相联并与监控中心的管理计算机通信。报警控制器监控与其联接的探测器的状态，如发现有异常情况则向监控中心发送相应的报警信息，监控中心的计算机对报警信息进行处理，发出警报并在电子地图上显示警源位置，供保安人员参考处置。探测器是整个系统的眼，鼻，用来感知外界的信息，将其转换成电平信号，向控制器传递。根据探测器所在的位置及种类的不同，报警系统的名字也有所不同。探测器的种类繁多，功能各异，常用的探测器有:红外探头-安装在室内的入口处、楼梯入口位置，当人非法进入时，红外探测器触发主机报警。烟感探头-安装在客厅位置，当发生火灾时，探头探测到烟雾，即触发主机报警。震动探头-安装在玻璃上，当发生破窗入室时，即触发主机报警。门磁探头-安装在门上，当发生非法破门入室时，即触发主机报警。煤气泄露探头-安装在厨房里，当发生煤气泄露时，即触发主机报警。双子星红外探头-安装在室内的入口处、楼梯入口位置，当人非法进入时，红外探测器触发主机报警，区别于普通红外探头，双子星探头必须成对使用，只有两个探头都报警主机才认为报警事件发生，其优点在于减少宠物引起的误报警。紧急按钮-当有紧急情况发生，紧急按钮被按下，此时主机接收报警信号并报警，单击紧急按钮为有声报警，长按为无声报警，此时现场警号不响但报警信息己经发给报警中心。紧急拨号器-对于家中有年迈老人的家庭，当出现紧急疾病时按下此钮，120急救中心便能够收到急救信号并迅速处理。下位机与探测器通常地理位置较近，可以用普通的两芯线或四芯线等进行连接，下位机与上位机的地理位置较远，其连接线的要求能够长距离传输，通常采用现场总线进行连接。2.5.2智能小区防盗报警系统的体系结构智能小区防盗报警系统的体系结构和tcp/ip网络体系结构类似，也是一个分层的结权(见图2-5)探测器通常通过物理层与控制器(下位机)传递信号。下位机所包含的层数根据不同的需求有所不同，但最下面的两层是必要的。下位机把探测器的电信号转换成数字信号，提供信号传输的差错控制机制，保证正确地把探测器信号和探测器自身的识别号传送到上位机。上位机通常是pc机、工控机或其他更高档次的计算机。上位机至少包括应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。上位机能提供更多的警报表现方式和更灵活的信号传送方法。上位机既可通过图形、声音等多媒体来发出直接报警信号来提示上位机附近的值班人员，还能够发出命令对其他报警设备进行联动，实现一呼百应的效果。上位机与下位机之间的通信方式也多种多样，既可以通过tcp/ip方式，也可以通过can总线方式，还可以是rs485总线方式，等等。在整个系统中，下位机和上位机的功能分配不是一成不变的，要根据软、硬件的成本，设备条件等客观因数决定。第3章防盗系统分析与设计3.1总体设计总体设计思想本项目的总体设计是基于以下几个方面的内容:1、市场定位:本系统主要服务于国内智能小区用户,尽量达到最佳性能价格比，以期在中低端用户中有一席之地。2、充分考虑系统集成化，确保与internet互连，使系统具有开放性和标准。3、使系统安装简便，易维护和扩展性良好。4、确保系统可靠性和稳定性。3.1.2 与internet互连的方案选择防盗报警系统本质是一种控制系统，传统的系统是独立的。近年来由于internet的迅猛发展，系统与internet互连变的急迫起来，连接方法也有多种选择:方案1利用现有的现场总线技术，由lon works总线、profibus总线、can总线等连接起各设备，利用其成熟可靠的协议实现底层设备之间的互连，这是最为常见的方式。尤其是lonworks总线发展迅速，有可能成为智能建筑的标准。然而，其开发工具lonbuilder、node builder、lonmaker价格昂贵，不太适合我国的国情(见图3-l)方案2抛开现场总线及其专用协议，直接通过tcp/ip协议连到数据网上。这就要求设备里的单片机系统支持tcp/工p协议。但这些设备中的微控制器大多是简单的控制器，它们的系统资源和运算速度根本无法运行复杂的tcp/ip网络协议。应用系统的设计工程师还必须熟悉tcp/ip协议和相关的接口，软件设计复杂，工作量大。另外每一设备都要申请一个ip地址，而ip地址资源是有限的，使用成本较高。以这种方案实现的有scenixsemiconduetor公司的sx stack和seiko公司的57600a芯片等(见图3-2)。方案3在rs485串行通信标准构成的物理层的基础上，用自定义的通信协议与上位机相联接。由pc机完成tcp/ip的连接功能(见图3-3)。该方案的优点在于:下位机的功能相对简单，开发成本低，因而开发周期短;上位机安装windows操作系统，直接可以internet互连。通过上位机的软件开发，可以实现良好的人机界面，实现声光报警，图形显示等多媒体功能。windows平台上提供了许多优秀的开发工具，可以快速实现这些功能。开发周期短，易维护。在上述方案中，前两个方案都需要使用专用芯片，这些芯片均由国外厂商生产，不具有自主知识产权，价格波动大，过多使用会造成市场受制于人的局面。表3-l为三种方案的比较，综合考虑，再根据实验条件，本设计采用方案33.2系统各部分的功能分配3.2.1探测器探测器主要采用现有的产品，负责信号采集。3.2.2控制器(下位机)探测器的功能应尽量简单可靠，主要功能是采集探测器传来的电信号，转化成数字信号，按一定的协议向主机发送。根据安装维护要求，可以进行地址和端口的设置。另外，还需要少量具有输出功能的端口用于联动控制。每个输入端可以监测被测点的三种状态(开路，短路和2-3k电阻)，其输入可以是干触点，也可以是传感器的输出。输出可以是常开点也可是常闭点。设24个输入和4个继电器输出端。地址空间为8位，即可以设置2的8次方(256)个下位机地址。如果地址全部用完，一共可以监控24x256=6144个监控点，足够一般的小区使用。为提高可靠性，采取光电隔离、突波保护、看门狗等措施，保证控制器可以日夜不间断连续运行。考虑系统联动要求，下位机分成两种型号:“种是端口全部为输入的，另一类中要求端口既有输出又有输入。3.2.3管理中心(上位机)管理计算机主要负责信息处理。要完成协议解释，数据存储，操作界面管理，多媒体显示报警等功能，具备下列特性:1.直观性当系统接收到报警信息时，系统能采用声光报警方式，在系统的住宅小区电子地图全图上立即显示出报警点的具体位置和警情信息，并可通过打印机打印出来(如火警、盗警、防抢报警或线路故障)。点击报警点，计算机屏幕上立即弹出报警点的详细位置图(子图)包括周边信息，如通道方向、周边设施等;若为住户报警，则同时显示住户信息，便于接警人员根据具体情况处理警情。系统的报警部分包括防盗报警和紧急(防抢)报警，当警情到来时，对应的带电子地图显示的报警窗口自动弹出，并伴有声音提示和供值班人员输入报警处理结果的窗口。如果线路故障，能够显示与其通信有关的控制器位置。2.实用性当发生警情时，通过电子地图，指挥人员可迅速了解报警点处的周边环境，最近的保安人员位置，在最短时间内调配最近人员，迅速赶赴现场处理警情。根据监控点的工作要求，可以进行分时间段的布防、设防的设置，如上班时间撤防，下班时间设防等。3.保密性系统的电子地图中可以包含许多特殊信息，如报警点物理位置，周边环境等，有些信息属保密信息，非授权人员不能查阅。因此，在系统开发时重点考虑了该项内容。在系统设置时，只有授权人员利用授权密码才能对该信息进行查阅，而要对系统信息进行修改，则需要管理员密码才能对系统进行修改。系统将权限分成三级，一是高级权限，为系统安装人员拥有，可以进行与系统相关的硬件设置(如下位机地址、通信端口等)、可以设置下一级的权限。二是中级权限，分配给管理中心的管理人员，可以增加删除一般保安的帐号，分配保安的初始密码，可以进行所有用户级操作。三是低级权限，一般的保安使用，可以进行应警处理和修改自己的密码。利用该套软件，授权人员可以调入自己所需的电子地图，在地图上面添加具体的报警点位置，报警点相关信息等，而无关人员无需介入，保证了系统数据的保密性。4.安全性和可靠性系统运行过程中，能自行产生运行日志，把系统每天实际运行情况，自动生成每天的记录，包括每天值班人员的安排，值班时间，交接班记录，发生报警的具体时间和报警内容说明等。生成的报告可在计算机上显示存盘，也可通过打印机打印出来。系统还能调阅以前的报警记录供需要时使用。5.易安装通过软件，可以设置下位机在电子地图的位置，可以设置探测器的类型和位置，并在图上显示。这样，可以等下位机、探测器安装好后，再统一在管理中心设置而不必来回在控制器现场和管理中心跑动，节省安装调试的时间。由于工程改造，控制器和探测器的位置发生变动，也可以通过软件的灵活设置轻而易举得到实现。3.3通信协议通信采用轮询方式工作，监控中心主机使用带光电隔离的moxa多串口(cii34is)，通过rs485总线接口，提供与多台下位机(报警控制器)相联接。当然，也可以经串口，通过rs485/rs232转换器与下位机(报警控制器)相联接。上位机按下位机地址顺序依次问询，得到下位机的响应后再问询下一个下位机。如果在一定时间内仍没有得到下位机响应，则记录下位机地址和未响应的次数。根据经验值，连续未响应的次数超过15次则进行通信线路报警。经测试，轮询8个下位机(每个下位机可监控24个探测点)最长时间不超过2秒，完全