（环境工程专业论文）实时数据采集技术及自动控制技术在智能住宅领域中的应用.pdf

重庆大学硕十学位论文 中文摘要 摘要 随着网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对住宅的需 求已从追求简单的生存空间向着追求数量、质量、功能、服务等多重需求过渡。 高质量、高自动化、高智能化、高实用性的住宅小区管理系统是本课题研究的目 标。 本文通过对住宅小区智能化技术发展，国内外小区智能化产品的应用现状的 了解，以及国内小区住户、物业管理部门、供水供电供气专业管理公司对小区智 能化产品的需求状况的调查，提出了集水、电、气等资源计量及安全监控于一体 的住宅群智能管理系统是符合目前国内市场主流需求的小区智能化产品，要求其 性能可靠、安全适用、节能经济的。论文研究了实时数据采集技术及自动控制技 术在智能住宅领域中的应用，系统地介绍了h g 2 0 0 0 系列数据采集及安全监控系 统的功能、结构及原理，深入的剖析了该项目中的主要问题及解决办法。该系统 是一个应用于住宅群的能够完成远程抄录多种电子计量表，远程监测现场各种状 态、远程控制现场设备的计算机网络系统。 该系统具有一定的先进性，良好的实用性和可靠性。应用前景十分广阔。 关键词：智能化，住宅小区，模块化，控制，串行通讯 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n i q u ea n dg r e a ti m p r o v e m e n to f s t a n d a r do fp e o p l e sl i v i n g ，t h en e e do fh o u s eh a sb e e nc h a n g e df r o mo n l yt h el i v i n g s p a c et ot h em u l t i f o r mn e e d so fq u a n t i t y ，q u a l i t y ，f u n c t i o n ，s e r v i c e ，a n ds oo n h i g h q u a l i t ya n dh i g ha u t o m a t i o na n dh i 曲p r a c t i c a b i l i t y a r et h eg o a lo f t h i st h e s i s t h i sp a p e ri sa i m e dt od e v e l o pa i li n t e l l i g e n tm a n a g e m e n ts y s t e mo fr e s i d e n t i a l a r e a s ，ac o m b i n a t i o no fm e a s u r e m e n ta n dm o n i t o r i n go fw a t e r ，e l e c t r i c i t ya n dg a s s y s t e m ，w h i c hi ss a f e ，r e l i a b l ea n de n e r g ys a v i n g ，i na c c o r d a n c et ot h er e q u i r e m e n t so f c u r r e n tm a r k e ti nc h i n a i ts t u d i e sr e a l t i m ed a t a - c o l l e c t i o nt e c h n i q u ea n da p p l i c a t i o no f t h ea u t o m a t i cc o n t r o lt e c h n i q u ei nt h ei n t e l l i g e n tr e s i d e n t i a la r e a s t h ep a p e re x p o u n d s h g 2 0 0 0d a t a - c o l l e c t i o np r o c e s s ，t h ef u n c t i o n ，c o n s t r u c t i o na n dp r i n c i p l eo ft h es e c u r i t y m o n i t o r i n g ，a n da l s oa n a l y z e st h em a i np r o b l e ma n dc o r r e s p o n d i n g r e s o l u t i o n si n v o l v e d i nt h ep r o j e c ti nad e e p - g o i n gw a y h g 2 0 0 0 ai n t e l l i g e n ts e c u r i t ym o n i t o r i n ga n dd a t a c o l l e c t i o ns y s t e mi san e t w o r kc o m p u t e rs y s t e mi nr e s i d e n t i a la r e a s ，c a p a b l eo fr e m o t e r e a d i n go fv a r i o u se l e c t r o n i cm e t e r s ，r e m o t em o n i t o r i n go fs i t es t a t u s e s ，a n dr e m o t e c o n t r o lo fs i t ee q u i p m e n t t h es y s t e mi sa d v a n c e da n du s e f u l ，i th a sav e r yb r i g h tf u t u r e k e y w o r d ：i n t e l l i g e n t ，m o d u l a r i z e ，c o m m u n i t y ，c o n t r o l ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o n i i 重庆大学硕士学位论文 1 系统背景概述 1 系统背景概述 1 1 我国住宅管理的情况概述 建筑业是国家的支柱产业，住宅建设占总房产建设投资的8 0 左右，国家十 分关注住宅建设，继“解困”、“安居”工程后，又努力实施“小康”工程。 我国推行住房制度改革2 0 年来，人均住房面积由7 平方米提高到2 1 平方米， 城镇居民己告别住房严重短缺时代，居住质量也得到了较大改善。9 0 年代以来， 通过出售公有住房和实行住房分配货币化改革，个人购买商品住宅的比例超过 9 3 ，城镇居民已经成为住房投资和消费的主体。居民住房白有率大幅度提高，达 到8 0 左右，初步形成了以个人产权为主体的城镇住房产权结构和较为清晰的住 房产权制度。 2 0 0 0 年中国住房建设拉动经济增长1 5 个百分点。与此i 司时，房地产经济的 增长方式正由速度规模型向质量效益型转变。而质量效益的大幅度提高，将依赖 于住宅产业化的大发展。当今中国，居民住房消费水平持续增加，全国城镇个人 购房比例己达7 0 以上，上海、江苏、广东、四川等地已超过或接近9 0 。面对 旺盛的需求和广阔的市场，住宅的质量和物业管理的提升显得尤为重要。中国住 宅产业虽有较大的进步，但由于受到传统体制的影响，缺乏有序的产业整合和企 业间的相互协调节器，达不到高度的组织化，制约了住宅建设增长方式的转变。 为了改变这种状况，中国政府提出以科技为先导，用科学技术改造提升传统产业， 提高住宅产业的技术水平和住宅建设的整体效益。到2 0 0 0 年底，科技对住宅产业 化发展的贡献率已经达到3 1 8 ，比“八五”末期提高了6 4 个百分点。 1 1 1 传统住宅管理资源计量存在的问题 随着经济发展，水、电、燃气部门的产品供应质量和服务质量都得到了普遍 的提高，一户一表单独计量给广大用户带来了实惠，但是计量数据的抄送和管理 更为困难，传统人工入户抄表方式带来诸多隐患： 人工入户抄表引发的抢劫、偷窃问题 中间层带来的层层加价问题 漏抄、多抄、误抄及收费困难问题 对用户偷水、偷电现象监控不力 需投入大量抄表统计人员，效率低、纠纷多、成本高 基于这些问题，为提高住宅的舒适性、便利性及住户的私密性，建设部在2 0 0 0 年小康住宅标准中提出三表抄送必须出户的要求，3 日# 1 - 对住宅的人身及财产安全 有许多严格的规定。 重庆大学硕士学位论文 1 系统背景概述 1 1 2 解决住宅资源计量等管理的住宅智能产品应用情况 为解决上述问题，先后出现了i c 卡表及有线网络抄表等解决方案。 l c 卡表实现了预收费，但实现起来会出现以下严重的问题： i c 卡用于住宅计量收费，没有体现一表读多卡，一卡被多表所读的优点。 基本是一卡对应一表，资源闲置，浪费严重，无论从用户角度还是系统集成角度， 成本都很高。 i c 卡表易受攻击造成失效，而无法监控，不能解决偷水、偷电问题，维护 起来很不方便。 给住户带来不便。原来如入户查表改为坐堂收费，住户承担着原本属于管 理方的劳动，卡的销售网点过少，则住户不便，过多则管理方负担加重。而用户 i c 卡用完后未及时充值，供应方要停水、停电、停气，直接给住户带来麻烦。 难以适应资源价格变动要求，调价时影响社会稳定，对资源管理部门来说， 无法实现动态管理。 有线网络抄表可以分为四类： 1 1 电力载波 2 1r s 4 8 5 或以太网络 3 ) 双向有线电视线路 4 ) 电话线抄表 其中电力载波方式，由于我国电力网中干扰现象比较普遍，推广过程中出现 问题较多；采用电话线抄表，由于用户要租用电话线路，费用较高，也难于普及。 1 2 智能小区的概述 1 2 1 智能住宅的提出 上个世纪8 0 年代初，智能化小区建设起源美国。随着大量采用电子技术的家 用电器面市，开始称之为“住宅电子化”；上个世纪8 0 年代中期，将家用电器、 通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体，形成了“住宅自动化”概 念( h a ，h o m ea u t o m a t i o n l ；8 0 年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住 宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统， 这在美国称智慧屋，在欧洲称时髦屋。 由于社会和市场的需要，美国宣布成立了“智能化住宅技术合作联盟”( p a t h ) ， 这是由联邦政府、住宅开发商、制造商、保险商、财政机构组成的一个组织，对 住宅智能化技术、产品、应用系统等进行测试、规范，引导新技术进行住宅设计 和建造。美国s c o t t s d a l e 的d c r a n c h 超大型智能住宅区，占地3 3 5 9 公顷，约有8 0 0 0 栋小别墅，每栋别墅设置1 6 个信息点，仅综合布线造价就达2 2 0 0 万美元，是目 重庆大学硕士学位论文 i 系统背景概述 前全球最大的智能化住宅群。 美国和北美还建成了一个“无现金小区”。它是在电子商务、网络技术的基础 上，出现在9 0 年代中期的智能化住宅区。小区中实现了用电子货币取代现金，其 功能涉及信用卡、网络结算、电子交换、信息安全资信。此外，美国、日本都已 对居住小区智能化系统制定了技术标准，进行智能化住宅建设。应用于智能化居 住小区的产品，在发达国家已形成系列。 相比发达国家，我国的智能住宅的技术先进性和应用性都不高，而且我国的 住宅情况与国外的差别很大，集中式的住房占绝大多数，这在发达国家只能算公 寓式住房，家庭居住的为数很少，因此国内提智能小区比提智能住宅的概念更贴 切些，这类智能产品，基本上以小区为系统运行。 建设部有关部门对住宅小区智能化工程的技术含量有具体要求，按技术的全 面性、先进性分以下三类。 普及型 应用现代信息技术实现以下功能要求： 1 1 住宅小区设立计算机自动化管理中心； 2 ) 水、电、气、热等自动计量，收费； 3 1 住宅小区封闭，实行安全防范系统自动化监控管理； 4 1 住宅的火灾、有害气体泄漏等实行自动报警； 5 1 住宅设置紧急呼叫系统； 6 1 对住宅小区的关键设备、设备实施集中管理，对其运行状态实施远程监控。 先进型 应用现代信息技术和网络技术实现以下功能要求： 1 ) 实现普及型的全部功能要求； 2 ) 实行住宅小区与城市区域联网，互通信息、资源共享； 3 1 住户通过网络终端实现医疗、文娱、商业等公共服务和费用自动结算( 或具 备实施条件) ； 4 ) 住户通过家庭电脑实现阅读电子书籍和出版物等( 或具备实施条件) 。 领先型 应用现代信息技术、网络技术和信息集成技术实现以下功能要求： 1 1 实现先进型的全部功能要求； 2 ) 实现住宅小区开发建设应用h i - - c i m s 技术。实施住宅小区开发生命周期的 现代信息集成系统。 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f 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， 重庆大学硕士学位论文 l 系统背景概述 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f 在不断地发展、完善、直至成熟，因此智能小区仅 是对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在增长而增长、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、网 络化的管理，这是智能建筑行业亟需解决的问题。 随着智能化技术从大厦走向小区，并迈进千家万户，那么达到一个什么样的 标准或模式才可以称之为住宅小区智能化或智能化家庭呢? 尽管几年前一些经济 比较发达的国家提出了“智能住宅”的概念，我国也在着手制定小康住宅的电气 设计标准，同样这个概念和标准也和智能大厦的概念与定义一样，至今尚没有取 得一致的认同，比较致的看法是：即小康住宅小区的智能化最终体现在小区内 独立家庭中运用多元信息技术，并达到监控与信息交互的程度( 或能力) 。为此，住 宅小区智能化( 乃至智能化城市) 必须提供在物理和逻辑层面上相关的设备、技术与 多元信息源的支持。 而国家建设部住宅产业化办公室提出了关于住宅小区智能化的基本概念，即 “住宅小区智能化是利用4 c ( 目p 计算机、通信与网络、自控、i c 卡) 技术，通过有 效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成， 为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷、高效的超值 服务与管理，提供安全、舒适的家居环境”。 目前中国小区智能化正处于初始阶段，缺乏国家统一的标准和规范：其次是 小区智能化建设有赖于国民经济的发展和国民总体素质的提高，一旦这些系统完 善，用户便能方便快捷使用，让人花钱心甘情愿，物有所值；另一方面要实现小 区智能化，还要得到政府各部门的支持，制定统一规划和相关法规。由此可见， 要真正实现小区智能化，在我国仍有相当长的一段路要走。 4 重庆人学硕士学位论文 1 系统背景概述 1 2 2 智能住宅小区功能及组成 智能化住宅小区，是指通过综合配置住宅区内的各功能子系统，以综合布线 为基础，以计算机网络实现区内各种设备管理自动化的新型住宅小区。建设部住 宅产业化办公室主编的全国住宅智能化系统示范工程建设要点与技术导则对 住宅小区的设计和开发建设总体要求目标是：通过采用现代信息传输技术、网络技 术和信息系统集成技术，进行精密设计、优化集成、精心建设，提高住宅高新技术的 含量和居住环境水平，以适应2 l 世纪现代居住生活的要求。 住宅小区智能系统设计的指导思想：系统设备的选择要求具有先进性、成熟性； 随着建设资金的投入和技术的发展，对系统可进行扩充升级，使系统得到不断的完 善和提高；在使用方面，要求简洁方便，不要求住房者具有很高的专业知识。总之，智 能化住宅小区从现代生活需求出发，综合运用了计算机、信息、通信、控制等科学 技术，以智能控制系统、社区信息平台、安防系统、小区物业管理系统和综合信息 服务系统为依托，用高科技手段构建小区高速互联网络信息服务平台，为小区住户 提供安全、环保、高效、舒适、方便的生活空间。 一个较完备的住宅小区智能系统应包三大功能系统：安全防范系统、小区信 息网络系统、小区信息管理系统，根据小区要求不同，配置可以不同。下面给出 一个典型方案。 安全防范系统 一般要求：对住宅小区周界、小区重点部位、住户室内采取安全防范措施，并 在住宅小区管理中心实行统一管理。 1 ) 周界防越报警子系统 a 基本配置：在封闭式管理的住宅小区周界设置主动红外线报警探测器、电脉 冲栅栏等报警探测装置，并与住宅小区管理中心的主机相连，可以及时发现非法 越界者。住宅小区管理中心能实时显示报警路段和报警时间肩自动记录与保存报 警信息。 b 可选配置：对住宅小区周界使用闭路电视( c c t v ) 实施监视，或进一步以 c c t v 系统与周界报警系统实现报警信息显示与图像识别的联动，留有对外报警接 口，可与公安区域报警系统联系。 2 ) 闭路电视监控子系统 a 基本配置：在住宅小区出人口、小区主要通道、停车场、电梯轿厢等重 点部位设置摄像机，并联至住宅小区管理中心，对上述现场情况进行2 4 小时监视，并 将监视的图像和信息进行记录和存储。 b 可选配置：在小区周边、电梯前室等部位设置摄像机，扩大监视范围。 3 ) 小区访客对讲子系统 重庆大学硕士学位论文 l 系统背景概述 a 基本配置：在楼宇入口处装置配有电控门锁的安全防盗门和楼宇访客对讲主 机，住宅单元设置楼宇访客对讲用户机，在住宅小区管理中心( 或住宅小区保护值 班室) 配置楼宇访客对讲管理机。 b 可选配置：楼宇访客对讲系统采用可视对讲系统，电控门锁除具有钥匙开锁 功能外，还可设置智能卡或密码开锁的功能。住宅小区主要出入口设置楼宇访客 可视对讲门口机。 4 ) 家居安全防范报警子系统 a 基本配置：住户室内设置燃气泄露报警、火灾自动报警、紧急求助按钮报警 等功能。紧急求助按钮应分别安装在客厅、卧室和卫生间。报警时住户室内除能 发出声、光报警信号外，还可将报警信息传送至住宅小区管理中心，以便进行实时 记录、处理与存储。 家居安全报警系统还应具备当燃气泄露或火灾报警信号出现时，能够自动切 断燃气管道和室内照明供电的功能。 b 可选配置：设置出入口门及阳台门窗磁控开关、室内红外线防盗探测器以及 电话报警自动拨出装置，当家庭报警信息反映到管理中心的同时，能够自动拨通 事先设置的电话，通知有关部门与住户本人。 5 ) 电子巡更管理子系统 a 基本配置：采用离线式巡更管理系统。在住宅小区相应位置有线巡更信息点， 巡逻人员装备电子巡更器，管理中心设置巡更管理机，使巡更人员的巡逻时间、 位置能通过管理机实时记录与显示。 b 可选配置：广播系统与住宅小区景观设施联动( 例如水体艺术喷泉) 。 6 、车辆出入管理予系统 a 基本配韫：采用计算机停车场管理系统，对出入住宅小区的机动车辆或小区 停车场的机动车辆通过非接触智能卡进行管理。 b 可选配置：对出人住宅小区的车辆进行自动识别管理。 小区信息网络系统 一般要求：小区应建立数据局域网，实现小区内信息共享。物业信息管理( 住户 档案、三表信息、机电设备监控等) 与家居保安报警应能通过局域网实现信息共享。 住宅小区应通过内部局域网络与窄带网( p s t n 、i s d n ) 、宽带网、有线电视网 等公网的连接，充分利用公共信息资源，向住户提供各种类型的信息通信服务。 a 基本配嚣：可提供语音通信、视频广播、宽带数据信息服务的网络系统。宽 带数据信息服务的网络系统应采用光纤到楼( f t t b ) 。 b 可选配置：通过“三网合一”、“一缆进楼”，提供各类信息服务。 小区信息管理系统 重庆大学硕士学位论文 1 系统背景概述 1 ) 机电设备监控子系统 一般要求：采用集散控制技术，对住宅小区的公共建筑设备实施监控，保证设 备处于良好的工作状态，一旦发生故障及时报警。 a 基本配置：给排水系统的监视；照明设备的监控；供配电设备监视。 b 可选配置：对小区园林绿化浇灌实行智能化自动控制；对所有监控设备 的运行维护进行集中管理； 公共设施集中监控信息与相应的管理部门或专业维修部门联网：电梯 工作状态的监视。 2 1 物业管理系统 一般要求：物业管理应采用先进、成熟的网络技术和计算机技术，充分利用 住宅小区的网络，向住户提供高效、优质的服务。 a 基本配置 一配置物业管理软件，建立物业、维修、服务、收费等住宅小区物业计算 机管理信息系统。 一自动抄表系统应采用具有信号输出功能的水、电、燃气、热能表等数 字化表具，实现远程抄表，并能够实现远程控制开关功能。 一物业管理系统与安全防范、机电设备监控系统实现信息联通，以便统一 管理，及时对报警信号作出响应和处理。 住户能通过互联网查询住宅小区物业管理服务信息，对设有家电控制 装置的住宅，应能通过电话线或互连网控制家电设备。 b 可选配置 一对家电设备，如空调、热水器、照明等可进行远程控制。 一在住宅小区内设立电子公告牌，显示有关公共信息和物业管理信息。 一对住宅小区内部的车辆的出入、居民的出人、居民的娱乐消费等活动， 实行“一卡通，管理。 一住宅小区自动抄表系统与公用事业管理部门联网。 住宅小区安全防范、水电设备监控系统实现信息集成管理，并与物业管 理系统实现互联。 1 2 3 国内对住宅智能化产品需求调查 对小区住户的调查 一般讲，住宅楼家居智能系统包括三表远传出户、阀控系统、可视对讲系统、 紧急呼叫、家用电器控制、广播语音系统、物业管理系统、计算机网络系统及小 区卡通”。调研采用问卷调查的方式，就上面几种面目前流行的住宅智能化设施 进行了调研。 重庆大学硕士学位论文 l 系统背景概述 按照需求总量分析方法，分析智能系统需求调查中获得的数据，可以很直观 地了解到被调查的三表远传出户系统、阀控系统、可视系统、门铃对讲系统、紧 急呼叫系统、家用电器控制系统、广播语音系统、计算机网络系统和小区卡通 九项智能系统的需求数量和需求量相对于全部样本的比例关系。数量值和比例关 系如表1 1 所示： 表11 智能系统需求总量表( 被调查总人数2 0 7 人) t a b l e1 1 t h e r e q u i r e m e n t g r o s s f o r i n t e l l i g e n t s y s t e m ( t h es u m o f i n q u i r i e d p e r s o n s i s2 0 7 ) 序号 123456789 智能 三表 阀控可视门铃对紧急家用电广播语计算机 小区 系统远传系统系统讲系统呼叫器控制音系统网络系“一卡 项目出户系统统通” 人数 7 53 66 39 59 76 22 88 89 3 比例3 6 2 1 7 4 3 0 4 4 5 9 4 6 9 3 0 o 1 3 5 4 25 4 4 9 据上表绘制总量需求柱状图如图1 1 图1 1 总量需求柱状图 f i g u r ei i t h eh i s t o g r a mo f t h er e q u i r e m e n tg r o s s 总量分析得出以下结论： 紧急呼叫系统的需求量最大，有接近5 0 的人认为这一项智能系统是现 重庆人学硕士学位论文1 系统背景概述 在购房时必备的设施，而门铃对讲系统的需求量也比较大，仅次于紧急呼叫系统 的需求量。可见人们在日常生活中的安全防范意识有了明显的增强，都希望能有 一个尽可能安全的生活环境。 其次需求相对较大的是：三表远传出户系统、小区卡通”和计算机网 络系统。生活在这个信息科技飞速发展的时代里，人们对现代化、高科技化的生 活条件的要求越来越高。 其余几项的阀控系统、可视系统、家用电器控制系统、广播语音系统的 比例数字不是很高，这部分是被大多数消费者认为不是现阶段购房必须具备的系 统，最多把它们划为是消费者的潜在需求。 对于系统集成商来说，应充分的考虑以上各情况的影响，在做出下一步 企业决策的时，以紧急呼叫系统、三表远传出户系统、门铃对讲系统、计算机网 络系统和小区卡通”的设置为主，为首选，而慎重考虑阀控系统、可视系统、 家用电器控制系统、广播语音系统等的投入，或只作为未来的计划。 物业管理部门的意见： 安装住宅小区智能化系统，能抬升物业管理的等级，提高物业管理服务的效 率，扩大物业管理服务的范围，对产品总的要求是：性能可靠、管理方便。 供水、供电、供气等专业管理公司的意见： 现在要求三表抄送出户，与三表抄送到户是一对矛盾，落实起来相当困难， 但是一定得做到， 小区智能化系统提供的三表抄送功能刚好帮助我们解决这一难题，要求产品 性能可靠，保证计量的安全、准确；管道燃气供气部门，对于用气的安全管理的 要求更为苛刻，非常希望小区智能化系统能提供燃气泄漏报警、燃气阀门切断功 能；三类部门都希望小区智能化系统能提供便捷可靠的远程控制功能，以利于为 避免恶意欠费，提供有效的控制手段。 1 3 论文的主要工作 通过对住宅小区智能化技术发展，国内小区智能化产品地应用现状，以及国 内小区住户、物业管理部门、供水供电供气专业管理公司对小区智能化产品的需 求状况的了解，提出了集水、电、气等资源计量及安全监控于一体的住宅群智能 管理系统开发目标定位，是符合目前国内市场主流需求的，性能可靠、安全适用、 节能经济的小区智能化产品。研究了实时数据采集技术及自动控制技术在智能住 宅领域中的应用。论文系统地介绍了h g 2 0 0 0 系列数据采集及安全监控系统的功 能、结构及原理，深入的剖析了该项目中的主要问题及解决办法。 重庆大学硕士学位论文 2 系统功能、结构及原理 2 系统功能、结构及原理 h g 2 0 0 0 a 智能安全监控及数据采集系统( 以下简称h g 2 0 0 0 a 系统) 是一个应用 于住宅的能够完成远程抄录多种电子计量表，远程监测现场各种状态、远程控制 现场设备的计算机网络系统。 能够完成抄录煤气表、水表、电表等脉冲计量表、接收煤气报警信号、完成 煤气和电的开关控制等功能，还可以完成模拟量的采集( 如温度表、湿度表) 、安防 报警系统的功能、以及模拟量的控制( 如通过控制变频调速器实现马达转速的控制、 灯光亮度的控制) 等等新的功能。 h g 2 0 0 0 a 系统采用了完全模块化设计的方法，突破了对用户设备在种类和数 量上的限制，使用户几乎可以随心所欲地增加新的用来远程监控的设备和功能。 系统提出的虚拟平台的概念和智能终端的组合设计可以为用户提供灵活的硬 件组态，做出最为经济合理的方案，比如户内设备和户外设备可以分别在不同的 智能终端上采集和控制。而市场上的同类产品都是硬件户内平台的解决方案，例 如集中安装的户外电表箱必须将脉冲信号线拉到户内才能实现远程抄录， h g 2 0 0 0 a 系统可以设立一个集中抄录的智能终端解决这个问题。 h g 2 0 0 0 a 系统的上层通讯网络采用了以太网，从而可以与其他管理系统共享 网络，可以避免用户的重复投资，降低成本。 2 1 主要功能指标 2 1 1 抄表功能 随时可以在管理机上抄录小区内各用户各种脉冲计量表的脉冲累计，并根据 脉冲常数的不同转换为实际读数。 2 1 2 报警功能 发生以下几种情况时在管理机上要会发生报警： 智能终端上有报警功能的i o 设备发出报警信号时； 智能终端上有故障检测功能的i o 设备发生故障时； 智能终端发生故障时： 区域主机发生故障时； 通讯总线线路发生故障时； u p s 电源发出欠压信号时。 2 1 3 控制功能 在管理机上能够远程控制继电器和阀门等连接在智能终端上的i o 设备开关。 1 0 重庆大学硕士学位论文 2 系统功能、结构及原理 2 1 4 状态读取功能 在管理机上能够读取各个智能终端的各种参数和状态，以备调试维修和管理。 2 1 5 掉电时后备电源 在市电掉电时，集中供电的u p s 电源能够保证智能终端一段时间的正常工作。 2 1 6 防爆功能 智能终端如与p g m l 0 0 系列脉冲燃气表或d d f y 1 5 燃气用电动阀门相连时为 本安型防爆电器的关联设备，防爆标志为( i b ) i i b t 3 。燃气表和电动阀的防爆标志 为：i b l l b t 3 。 2 1 7 系统脉冲计数的准确度 系统读出的脉冲数的累计误差不大于1 。 2 1 8 数据传输可靠性 在允许工作条件下系统的命令成功率应不小于9 9 。 在允许工作条件下报警成功率应为1 0 0 。 在允许工作条件下报警误报率应小于1 。 2 1 9 电气性能 电源电压参比值及允许偏差频率：5 0 h z 允许偏差：5 耐2 0 。 电压：2 2 0 v 允许偏差：一1 5 + 1 5 。 功率消耗：智能终端消耗的功率不大于2 v a ，电话网关消耗的功率不大于 15 v a 。 2 1 1 0 气候环境条件 温度为一1 0 。c + 4 5 ，湿度为4 0 9 3 ，大气压力8 6 - 1 0 6 k p a 2 1 1 1 结构和机械性能 结构：结构牢固，便于安装，无开裂、变形、松脱。 机械性能：应能承受正常运行中的机械振动及常规运输条件下的冲击， 设备不发生损坏和零部件松动脱落现象，系统功能和准确度应符合上述规定。 2 。1 1 2 安全性能 绝缘电阻：各电气回路对地之间，施加5 0 0 v 电压，绝缘电阻应不低于 5 m f f ) 。 工频耐压：在各电气回路之间施加有效值为1 5 k v 的5 0 h z 正弦波电压 1 r a i n ，不应出现电弧、放电、击穿和损坏。 2 1 1 3 防雷击功能 远传抄表系统主要设备( 通常是指电源) 和信道要求符合g a l 7 3 1 9 9 8 防雷击的 要求。 以电压值为6 k v ，波形为标准的1 2 + 5 0 us 的脉冲，旖加于各电气回路对地 重庆大学硕士学位论文 2 系统功能、结构及原理 及各电气回路之间，不应出现电弧，放电，击穿和损坏。 2 1 1 4 电磁兼容性( e m c ) 电快速瞬变脉冲群抗扰性 a 在计数工作状态下，幅值为2 k v 、频率为5 k h z 的脉冲群( 脉冲群持续时 间为1 5i l l s ，脉冲群周期为3 0 0m s ) 耦合到设备的输入电源线和保护地，脉冲群施 加时间为6 0 s ，1 0 分钟内等间隔地作用3 次，系统应能正常工作，数据无变化。幅 值为l k v 频率为5 k h z 的脉冲群通过耦合到通信线及信号线，脉冲群施加时间为 6 0 s ，系统应正常计数和通信。 b 在不计数工作状态下，幅值为4 k v 、频率为2 5 k h z 的上述脉冲群耦合到 设备的输入电源线和保护地，脉冲群施加时间为6 0 s ，系统应能正常工作，数据无 变化。 辐射电磁场抗扰性 系统的各个设备置于场强1 0 v m ，频率为8 0 1 0 0 0 k h z 的无线电波辐射环境中 工作，设备无损坏，系统应能正常工作，数据无变化。 静电放电抗扰性 设备在正常工作条件下，在其外壳和被试设备操作键等工作人员经常可能触 及的部位直接旖加8 k v 静电放电电压，正负极性放电各1 0 次，每次放电间隔至少 为ls ，试验后设备无损坏，系统应能正常工作，数据无变化。 外磁场影响 在正常工作状态下，将设备置于与系统工作电压相同频率的随时间正弦变化 的，强度为o 5 m t ( 4 0 0 a m ) 的外磁场，时间为1 s ，间隔1 s ，重复试验3 次，试验 过程中和试验后，设备无损坏，系统应能正常工作，数据无变化。 2 1 1 5 系统的联网性能要求 系统能实现全市联网，监控中心可以在远程对住户进行监管、监控、数据采 集、信息设置等，也便于升级扩展。 可以通过电话网实现对用户水、电、气的控制。如燃气电动阀门设置是 单方控制的，也就是说用户在户内无法直接进行开关阀门的动作，只有经过确认 后才可以由监控中心实施远程开阀门的动作，便于燃气集团对欠费用户的监管。 系统提供多级操作者级别，便于系统的维护和监管，充分考虑管理者的 要求，可以对操作者设定细化到对具体小区的具体设备迸行数据采集或控制的功 能。 系统在任何一次操作前( 包括数据采集、控制和报警信息上报) ，都应进 行密码交换，密码采用滚动码的方式实现，每次传送信息都采用不同的密码，为 整个系统提供了更高级别的安全机制。 重庆大学硕士学位论文 2 系统功能、结构及原理 数据库管理有能力处理和保存海量数据，充分利用硬件系统的潜力，为 用户提供高效、稳定的数据服务。 系统是一个开放的平台，完全可以容纳其他抄表公司的系统，只需要按 照要求对其他抄表公司的设备进行简单升级，就可以将其他公司的抄表系统纳入 到本系统中来。 系统应充分考虑升级的问题，将来如果有更好的通讯手段来进行联网工 作f 如无线通讯、专线方式等) ，只需要为对系统的数据采集平台进行升级，添加新 的驱动模块就完全可以完成系统的平滑过渡。 系统采用多线程的方式实现系统的并行处理工作，单c p u 系统最多可以 同时完成1 6 个小区的数据采集工作，为大规模的联网系统提供了高效的数据采集 能力，配合高效的数据处理，数据库管理平台，为用户提供了最大的性能价格比 的系统。 系统提供整体的解决方案，软件平台本身就应建立在三层式的模式上。 并考虑将数据平台同w e b 化进行深入的开发，建立更加先进的b s 方式的软件系 统，可以在将来用户只要通过浏览器就可以取得实时的数据，并进行数据管理， 或者通过浏览器进行控制动作等等。其功能不仅仅局限于将数据采集回来，还应 提供数据采集后一整套的解决方案，还可以包括数据处理、用户管理、费用结算、 报警处理等等。 2 2 系统构成及主要原理 2 2 1 总体组成及结构 h g 2 0 0 0 a 由系统设备和i o 设备组成，系统设备包括管理机及管理机软件、 区域主机、智能终端等核心智能设备和网络中继器、4 8 5 中继器、4 8 5 集线器等传 输设备以及集中供电u p s 电源、电源分线器等设备。 系统逻辑结构如图2 1 所示：系统管理机与区域主机之间采用以太网组网， 以太网总线采用光纤或者1 0 b a s e t ；区域主机与智能终端之间采用4 8 5 半双工总线 组网，采用4 8 5 中继器模块实现中继。 重庆大学硕士学位论文 2 系统功能、结构及原理 ( 以太网、区域总线、区域主机、智能终端) 图21h g 2 0 0 0 a 系统逻辑结构 f i g u r e2 1 h g 2 0 0 0 as y s t e ms t r u c t u r e 系统各个设备的英文代码及型号如表2 1 所示 表2 1系统各个设各的英文代码及型号 t a b l e2 。1 t h ee n g l i s hc o d e sa n dm o d e l so f v a r i o u ss y s t e md e v i c e s 设备名称英文代码型号 区域主机a ma m 叭 智能终端整机 i t ij t 2 0 0 智能终端模块 i t mr 1 1 2 x x 集中供电u p s 电源 u p s u p s 2 0 x r s 4 8 5 中继器 r e p e a t e ri d m _ 】a 7 5 1 0 4 8 5 集线器h u bh u b 4 8 5 r s 4 8 5 分线器 b r a nb r a n 2 x x 电源分线器 p b r a np b r a n 2 x x 2 2 2 各组成部分说明 智能终端 智能终端是本系统的终端设备，直接与各种f o 设备相连。每个智能终端由电 源通讯模块p c o m 和若干个智能终端模块( i t m ) 组成。本系统的智能终端采用了积 1 4 重庆大学硕十学位论文 2 系统功能、结构及原理 木式的组合结构，可以根据不同的情况选用不同的组合方法。 每个智能终端模块有若干个i o 接口分别与不同的设备( 如脉冲计量表、电动 阀门、继电器、交流接触器、电子温度计报警器等等) 相连。 在一个管理机下，每个智能终端模块有一个唯一的编码称为智能终端地址 ( i t a ) ，智能终端上的每一个i 0 接口有唯一的一个编码称为i o 设备地址( i o a ) 。 管理机就是通过这两个地址来进行巡检和其它操作。 a 智能终端整机i t 2 0 0 ：完成直接对i o 设备的信号采集和控制，为组合 式结构，由p c o m 4 8 5 模块和i t 2 x x 系列i t m 组成，可以根据需要采用一个或多 个智能终端模块； 参数及性能指标 一最多可容纳的智能终端模块m 的数量：5 一与区域主机的通讯速率：1 9 2 0 0 b p s b 电源通讯模块p c o m 一4 8 5 ：2 4 v d ct o5 v 的电压转换，给终端整机内部 各个模块供电；系统通讯总线接口转换，r s 4 8 5 转换为内部总线；两个型号均属 于本安型防爆电气的关联设备，符合g b 3 8 3 6 4 8 3 标准，防爆标志为i b i i b t 3 ； c 智能终端模块i t m ：目前有7 种，说明如下： 一i t 2 0 1 ：6 通道脉冲计量付艮警信号的采集；对各个计量通道均有短路和断路 报警功能，且可屏蔽。 一i t 2 0 2 ：4 通道脉冲计量或4 通道燃气泄漏报警，每个通道都可以通过设置来 改变功能。对各个通道均有短路和断路报警功能，且可屏蔽；2 通道d d f 阀门控 制( 只能接d d f 型电动阀) ，当发生燃气泄漏报警时，如报警通道的户码和类码与 阀门通道的户码和类码相同，则该i t m 自动关闭阀门。 一i t 2 0 3 ：6 通道继电器输出+ 2 通道计量模块 一i t 2 0 3 a ：6 通道光耦输出电控模块可以驱动双稳态继电器 一i t 2 0 4 ：与其它监控系统的通讯接口，通讯标准为r s 4 8 5 半双工，传输速率： 9 6 0 0 b p s i t 2 0 5 ：安防系统模块：可以实现无线的设防、撤防、紧急求助以及有线火 灾报警、防盗报警、紧急求助，6 通道有线报警、1 通道无线紧急求助。 一h u b 4 8 5 模块：1 0 通道集线器，使总线型的拓扑结构转化为星型拓扑结构， 实现长距离总线的分支( 1 m d 1 0 0 0 m ) 。该模块与p c o m 一4 8 5 模块结合完成集线器 的功能，总线干线接口为p c o m 4 8 5 模块的r s 4 8 5 接口。 区域主机 区域主机是一台4 8 6 p c ，有以太网接口和4 8 5 接口，分别与管理微机和智能 终端相连，完成管理机和智能终端通讯的协议转换和对智能终端的巡检扫描。在 重庆大学硕士学位论文 2 系统功能、结构及原理 一个管理机下，每一个区域主机都有一个唯一的编码，i p 地址。这个编码，是由 生产厂家设定好的。 集中供电u p s 电源 该设备给智能终端和4 8 5 中继器提供2 4 v 直流稳定电源，市电掉电时作为不 间断电源为i t 2 0 0 供电，在蓄电池电压不足时发出电池欠压信号，通知智能终端 保存关键数据。 小区管理机部分 小区管理机由一台或几台p c 机构成，管理机是整个h g 2 0 0 0 a 系统的小区控 制中心。管理软件由管理程序和数据库构成，管理机软件采用了模块化编程的方 法，每一类i o 设备都有一个i o 设备驱动模块，可以根据用户的要求定制特定功 能的程序，并可以根据情况的变化扩展新的功能。总地讲管理机有以下几个功能： a 发出各种对i o 设备的操作命令包括数据采集和控制的并接收和显示数据， 例如抄表、控制阀门等； b 接收来自区域主机的报警信号并显示存档； c 对各种系统设备包括区域主机、智能终端的管理包括设置运行参数和状态显 示，例如可以下载并读取各i t m 的每个端口的i o a ； d 查询系统运行的各种信息： e 系统数据库的编辑修改； 通过电话线、c d p d 等传输手段实现与更高一级的计算机的联网，并可以由更 高一级的计算机实现上述功能； 各种i o 设备 a 计量设备：能发送脉冲或开关信号的水表、电表、燃气表、热能表等资源计 量表 b 控制设备：电动燃气阀门、电动水阀、继电器等 c 煤气泄漏报警器 e 烟雾火灾报警器 f - 紧急呼叫按钮 h 盗警传感设备：门磁感应器、红外人体感应器、玻璃破碎感应器等 其他设备 ar $ 4 8 5 中继器：i d a m 7 5 1 0 实现4 8 5 总线的中继，用于延长总线距离、实现总线分支、提高负载能力。 该模块可以自动判别数据流的方向以及实现波特率的白适应调节。 b r s 一4 8 5 总线分线器：b r a n 2 0 1 ( 1 2 接口) 、b r a n 2 0 2 ( 4 接口) ；当若干个 i t 2 0 0 在距离非常近( 不大于l m ) 的地方安装时，可以采用该设备，进行短距离分支 重庆人学硕士学位论文 2 系统功能、结构及原理 c p b r a n 电源分线器：p b r a n 2 0 1 ( 1 2 接口) ，p b r a n 2 0 2 ( 4 接口) ；当若干个 i t 2 0 0 在同一地