（通信与信息系统专业论文）基于无线网络的楼宇温控系统的研究.pdf

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 基于无线网络的楼宇温控系统的研究 摘要 基于无线网络的楼宇温控系统和传统的有线网络楼字温控系统相比，有容 易安装、无布线的麻烦、维护成本低、扩展方便等优点，因此基于无线网络的 楼宇温控系统是今后楼宇温控系统的发展方向，有巨大的市场潜力。 本文对楼宇温控系统的研究现状进行了较为深入地分析和研究，得出基于 有线网络的楼宇温控系统未能得到普及的主要原因是价格昂贵、布线的费用过 高。针对该问题，本文设计了一套完整的基于无线网络的楼宇温控系统，并重 点对网络节点和组网进行了研究和设计。 在网络节点方面，本文设计的网络节点采用了低成本、短距离传输的无线 模块和低成本的微控制器，从而把无线网络中网络节点成本降到最低。 在网络组网方面，本文结合了实际应用，采用了树形结构的局域网，改进 设计了组网协议，使无线网络对网络节点传输距离的要求降低到了十米之内， 从而达到了降低成本的目的。 本文使用v c + + 实现楼宇温控系统的主机监控系统软件，使用汇编语言实 现了网络节点的功能，使系统具备了一个无线网络楼宇温控系统的完整功能。 综上所述，本文对如何降低无线网络的楼宇温控系统的成本进行了深入的 研究，重点对网络节点和组网进行了研究和设计。通过研究得出本文设计的无 线网络楼宇温控系统具有较强的工程可行性。 关键词无线网络；楼宇温控系统；自动组网；m s p 4 3 0 ， 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 r e a r c ho fb a s e do naw i r e l e s sn e t w o r kb u i l d i n g t e m p e r a t u r e c o n t r o ls y s t e m a b s t r a c t c o m p a r e dt ot r a d i t i o n a lc a b l e n e t w o r kb u i l d i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e m ， b a s e do naw i r e l e s sn e t w o r kb u i l d i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e mh a v em a n y a d v a n t a g e s i ti s e a s i e rt oi n s t a l l i th a sl o wm a t n t e n a n c ec o s t sa n df a c i l i t a t e e x p a n s i o n s ob a s e do na w i r e l e s sn e t w o r kb u i l d i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e mi st h e f u t u r ed i r e c t i o no fd e v e l o p m e n to ft h eb u f f i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e m i th a sa h u g em a r k e tp o t e n t i a l t h i sp a p e rd i di n - d e p t ha n a l y s i sa n dr e s e a r c ho ft h es t a t u so ft h eb u i l i n g t e m p e r a t u r e c o n t r o ls y s t e mt e c h n o l o g y t h em a i nr e a s o nt h a tb a s e do naw i r e n e t w o r kb u i l d i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e mc a nn o tb eu n i v e r s a li s i t se x p e n s i v e p r i c e i no r d e rt oa d d r e s st h ep r o b l e m , t h i sp a p e rd e s i g n e dac o m p l e t es e to fa w i r e l e s sn e t w o r kb u i l d i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e m ，a n dd i dr e s e a r c ho fn e t w o r k n o d e sa n dn e tf o r m a t i o np r o t o c 0 1 一i n - t h e - - n e t w o r k - n o d e sa r e a r 也e 一- n e t w o r kn o d e sd e s i g n e db y + t h i s - 一p a p e r - u s e - l o w - c o s t ，s h o r t d i s t a n c ew i r e l e s st r a n s m i s s i o nm o d u l ea n dl o w c o s tm i c r o c o n t r o l l e r s t or e d u c et h ec o s t i nt h eg r o u pn e tp r o t o c o la r e a , t h ep a p e ru s e sat r e es t r u c t u r eo ft h el a n ，a n d d i di m p r o v e dd e s i g no ft h en e t w o r kp r o t o c 0 1 s ot h er e q u e s to ft h et r a n s m i s s i o n d i s t a n c eo fw i r e l e s sn e t w o r kn o d e sr e d u c e dt o10m e t r e s t h e r e b yi ta c h i e v et h e o b j e c t i v eo fr e d u c i n gc o s t s t h e n , t h i sp a p e ru s e sv c + + t of i n i s hm o n i t o r i n gs o f t w a r eo fm a s t e rm a c h i n e m o n i t o r i n gs y s t e ma n du s e sa s s e m b l e rl a n g u a g et oi m p l e m e n t a t et h en e t w o r kn o d e f u n c t i o n s oi tm a k e st h es y s t e mh a st h ef u n c t i o no fac o m p l e t es e to faw i r e l e s s n e t w o r kb u i l d i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e m s ow ec a l ls e et h a tt h ep a p e rd i di n - d e p t ha n a l y s i sa n dr e s e a r c ho fh o wt or e d u c e t h ec o s to faw i r e l e s sn e t w o r kb u i l d i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e m i tr e s e a r c h e da n d 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 d e s i g n e dn e t w o r kn o d e sa n dg r o u p n e tp r o t o c 0 1 t h r o u g hr e s e a r c hg e tt h a tt h es y s t e m d e s i g n e db yt h i sp a p e rh a ss t r o n ge n g i n e e r i n gf e a s i b i l i t y k e y w o r d s w i r e l e s sn e t w o r k , b u i l d i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e m ，a u t o m a t i c n e t w o r kf o r m a t i o n ，m s p 4 3 0 i i i 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 1 1 楼宇温控系统简介 第1 章绪论 楼宇温控系统就是采用电子信息技术对建筑大楼的温度进行自动监控，满 足用户对室内温度需求。随着我国改革开放、经济持续稳定发展，以及人们对 一 生活质量要求的提高，楼宇温控系统在我国近几年将会得到迅猛地发展。 目前，楼宇温控系统所用的主要设备通常放置在建筑环境内的系统集成中 一 心，它通过综合布线与各种终端设备( 如通信终端和传感器) 相联接，感知建筑下寸 各个空间中的信息及变化，并通过计算机处理给出相应的对策，再通过通信终 端或控制终端给出相应的反应( a n 热、停止加热等) ，使整幢大楼系统处于动态实 时监控状态。楼宇温控系统一般采用电采暖作为供暖手段，适合当前我国对环 保、节能的要求，解决了电采暖不能统一管理的问题，同时实现了对房间温度 的控制，节约了大量的能源，大幅度地降低大厦的供暖成本n 1 。 传统的有线楼宇温控系统在传输命令或数据时，必须通过电缆或网线。因 ， 此，有线楼宇温控系统有布线的费用昂贵，维修困难，难于扩展，很多建筑内 难于布线缺点等缺点心3 。而基于无线网络的楼宇温控系统引入了无线网络作为楼 宇温控系统信息的传输，可以最大限度降低楼宇安装有线网络的费用。另外， 一无线网络易于维修，免除了布线的麻烦，而且可以随时对系统进行扩展。 鉴于以上论述，具有组建灵活、扩展性好、维护简便等优点的无线楼宇温 控系统在我国具有巨大的发展空间和市场前景。 1 2 楼宇温控系统的发展现状 目前，国外楼字温控系统发展快速。尤其是北欧一些寒冷地区的国家在楼 宇温控系统方面是世界领先的。例如，瑞典的k t c 公司开发的i t - b o o m 系统 以及现在在中国推出的s r d 2 0 0 0 和s r d 3 0 0 0 系统就是有线的楼宇温控系统。 以1 0 万平方米小区建筑面积计算，用户使用该楼宇温控系统，按照需求使用暖 气，一个冬天即可节省3 0 万元b 。由于，本人能力有限并没有在互联网上，查 到国外是否有无线网络的楼宇温控系统，如果有想必也价格昂贵。 目前国内楼宇温控系统所采用的控制方法都是有线的，主要有三种： 1 独立控制由用户独立控制采暖启停时间和加热温度，这种方式主要适 啥尔滨理工大学工学硕士学位论文 合于家庭用户，但是不易于集中管理，有时会出现资源的浪费。 2 集中控制多个用户采用串行总线实现集中控制，统一控制采暖启停时 间和加热温度，这种方式适合于小集团采暖，但布线麻烦，不易维护。扩展困 难。， 3 现场总线控制这种方式适合于楼宇采暖，现场总线技术的引入使得楼 宇温控系统更加先进，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控 制设备作为从机，用总线联接实现信息互换，共同完成自动控制功能的网络系 统与控制系统，是计算机控制系统与通讯技术结合的产物，是新一代全数字、 全分散和全开放的现场控制系统。但是使用现场总线技术的楼宇温控系统造价 昂贵，不易被用户接受“1 。 经过查阅大量相关资料。目前，国内市场上尚没有无线的楼字温控系统。 鉴于无线网络的楼字温控系统的诸多优点及可能存在的价格昂贵的缺点，本文 拟设计一套成本低廉的基于无线网络的楼宇温控系统。 1 3 无线楼宇温控系统相关技术简介 1 3 1 无线网络和无线局域网 所谓无线网络，就是利用无线电波作为信息传输的媒介构成的无线局域网 w l a n ( w i r e l e s sl o c a la r e a n e t w o r k ) ，与有线网络的甩途十分类似i 最大的不同 在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份璐1 。 从专业角度讲，无线局域网就是利用无线多址信道的一种有效方法来支持 计算机之间的通信，并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。通 俗地说，无线局城网利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。 它是对有线联网方式的种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性，能快 速方便地解决使用有线方式不易实现的网络联通问题嵋1 。 无线局域网在室外主要有以下几种结构：点对点型、点对多点型和混合型。 1 点对点型该类型常用于固定的要联网的两个设备之间，是无线联网的 常用方式，使用这种联网方式建成的网络，优点是传输距离远，传输速率高， 受外界环境影响较小。 2 点对多点型该类型常用于有一个中心节点，多个远端节点的情况下。 其最大优点是组建网络成本低、维护简单；其次，由于中心节点使用了全向天 线，设备调试相对容易。该种网络的缺点也是因为使用了全向天线，波束的全 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 向扩散使得功率大大衰减，网络传愉速率低，对于较长距离的远端节点，网络 的可靠性不能得到保证。 3 混合型这种类型适用于所建网络中有远距离的节点，近距离的节点， 还有建筑物或山脉阻挡的节点。在组建这种网络时，综合使用上述几种类型的 网络方式，对于远距离的节点使用点对点方式，近距离的多个节点采用点对多 点方式，有阻挡的节点采用中继方式h 1 。 1 3 2 无线局域网的特点 与有线网络相比，无线局域网具有以下优点： 1 安装便捷一般在网络建设中，施工周期最长、对周边环境影响最大的， 就是网络布线施工工程。在施工过程中，往往需要破墙掘地、穿线架管。而无 线局域网最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量，一般只要安装一个 或多个接入点设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。 2 使用灵活在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限 制。而一旦无线局域网建成后，在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可 以接入网络。 3 节约经济由于有线网络缺少灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考 虑未来发展的需要，这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络 的发展超出了设计规划，又要花费较多费用进行网络改造，而无线局域网可以 避免或减少以上情况的发生。 4 易于扩展无线局域网有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样， 无线局域网就能胜任从只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络。 由于无线域网具有多方面的优点，所以发展十分迅速。在最近几年里，无 线局域网已经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线的场合得到了广泛 应用埔1 。 1 3 3 无线网络应用 局域网的室内应用有以下两类情况：独立的无线局城网和非独立的无线局 域网。 。 独立的无线局城网是指整个网络都使用无线通信的情形。在这种方式下可 以使用接入点，也可以不使用接入点。在不使用接入点时，各个用户之间通过 无线直接互联。但缺点是各用户之间的通信距离较近，且当用户数量较多时， 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 性能较差。 非独立的无线局域网是指采用无线通信作为有线通信的一种补充和扩展。 在这种配置下，多个接入点通过线缆连接在有线网络上，用户通过无线方式与 单个接入点通信，以使无线用户能够访问网络的各个部分。 基于无线局城网具有的诸多优点，它可广泛应用于下列领域： 1 接入网络信息系统电子邮件、文件传输和终端仿真。 2 难以布线的环境老建筑、布线困难或昂贵的露天区域、城市建筑群、 校园和工厂。 3 频繁变化的环境频繁更换工作地点和改变位置的零售商、生产商，以 及野外勘测、试验、军事、公安和银行等。 4 网络连接速度快使用便携式计算机等可移动设备进行快速网络连接。 5 用于远距离信息的传输如在林区进行火灾、病虫害等信息的传输；公 安交通管理部门进行交通管理等。 6 专门工程或高峰时间所需的暂时局域网在学校、商业展览、建设地点 等人员流动较强的地方，利用无线局域网进行信息交流：零售商、空运和航运 公司高峰时间所需的额外工作站等。 7 流动工作者需得到信息的区域需要在医院、零售商店或办公室区域得 到信息的医生、护士、零售商、白领工作者。 8 小型网络用户办公室和家庭办公室( s o h o ) 用户，以及需要方便快捷地 安装小型网络的用户。 一 无线局域网的关键技术，除了红外传愉技术、扩频技术、网同步技术外还 有一些其他技术，如：调制技术、加解扰技术、无线分集接收技术、功率控制 技术和节能技术等饽，。 1 4 本文的研究内容 我国尚没有无线网络的楼宇温控系统。为了无线楼宇温控系统可以在我国 快速的发展，本文结合了无线网络、单片机控制等相关技术，从降低硬件成本 出发，对基于无线网络的楼宇温控系统进行了研究，并设计了一套完整的低成 本的无线网络的楼宇温控系统。具体工作如下： 1 针对本系统的无线模块传输距离短的特点，研究设计了一套无线组网算 法的基本方案。 2 本文设计的从机采用了低成本、短距离传输的无线模块和低成本的微控 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 制器，从而把从机的成本降低。 3 本文使用v c + + 实现楼宇温控系统的主机监控系统软件，使用汇编语言 实现了从机的功能，使系统具备了一个无线网络楼宇温控系统的完整功能。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 第2 章系统总体结构和组网协议设计 2 1 系统总体结构设计 2 1 1 系统组成 本文设计的基于无线网络的楼宇温控系统是由主机、无线网络和从机三部 分构成。主机房的主机完成对各个房间温度的控制、每个从机运行状态的监测 和无线网络的自动组网，并在出现故障时实现报警功能；无线网络主要完成数 据的无线传输n ；从机安装在楼房的各个房间里，负责接收或转发主机的命令， 测量房间温度并通过无线网络把温度数据和运行状态发送给主机。系统总体结 构如图2 1 所示。 图2 一l 系统总体结构图 f i g 2 - 1t h es t r u c t u r eo ft h es y s t e mp i c t u r e 图中主机在自动组网时，发送自动组网的命令，能够接收到该命令的从机 称为1 级从机，它将自己的序列号返送给主机。主机再通过1 级从机转发自动 组网的命令，能够收到该命令的从机称为2 级从机，通过l 级从机返送序列号 给主机。依此类推，主机能够得知所有从机的序列号及各个从机间的通信关系。 主机得知从机的序列号后，给这些从机分配逻辑地址，以后要访问这些从机时 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 只需使用逻辑地址。给从机分配逻辑地址时，它的上级从机的逻辑地址必须已 经分配好。 2 1 2 总体设计方案 2 1 2 1 硬件设计系统硬件设计主要是对从机的设计。从机主要由 m s p 4 3 0 f 11 2 1 单片机、f c 2 0 1 s p 数传模块、按键、l e d 显示单元、温度测量 单元、继电器控制、存储单元和电源组成。 m s p 4 3 0 f 1 1 2 1 单片机主要完成实时检测房间的温度，根据设定的室内温度 自动控制继电器以实现对房间内的加热设备的控制，保存房间的温度数据； f c 2 0 1 s p 数传模块完成主机与从机之间的信息交互；从机在一定时间内接收不 到主机的信息，就启动键盘，使从机可以独立工作； 2 1 2 2 软件设计系统的软件设计主要包括各从机的单片机程序设计和主机监 控软件设计以及组网的算法设计。从机的单片机程序设计采用汇编语言编写， 主要实现对温度的测量和显示，对主机传来的数据的转发或接收，与数传模块 f c 2 0 1 s p 的通信以及组网协议，故障的判定等功能。同时，通信出现故障时使 按键操作有效。 主机监控软件设计包括与数传模块f c 。2 0 1 s p 的通信以及组网协议的编写、 对从机工作方式的控制( 温控或定时) 、对串e 1 的设置，对从机发来的温度数据的 显示与存储、对从机的组网和巡检。组网过程中无线数传模块将所有的路径信 息通过r s 2 3 2 接口发送给主机显示并保存，主机通过计算选出最佳路径。在巡 检过程中，主机负责汇集各从机的的运行状态并进行分析，当有故障发生时主 机启动报警程序。 2 1 2 3 无线网络设计本系统采用f c 2 0 1 s p 数传模块组建无线网络，主要考虑 到该模块具有无需申请频点、高抗干扰能力与低误码率、传输性能优良、接口 多样，设置使用方便、多信道、大的数据缓冲区、透明的数据传输、智能数据 控制、低功耗、高可靠性、体积小、重量轻等优点。f c 2 0 1 s p 数传模块的性 价比也是一个主要的参考因素。由于本系统要经常进行数据传输，如果采用 g p r s 的话费用相当高，而且实时性不能保证。 2 1 3 系统工作过程 当系统刚开始运行时，主机发出组网命令得到所有从机的序列号，并设置 从机地址。自动组网成功后，每隔段时间主机要巡检一次网络，如果发现有 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 故障的从机就变换路径，同时发出报警信息。从机接收或转发主机发送来的命 令，同时根据主机的命令调整自己的工作方式，如果一段时间内从机接收不到 主机的命令，即认为网络出现故障，启动键盘，使从机可以独立工作。 2 2 系统数据帧格式的设计 为了降低成本，本文选用的无线数据收发模块在实际应用中有效传输距离 为1 0 米“刳。针对该无线模块的这一缺陷，本文自主研究并设计了一套组网协议， 使得任何一个无线模块都能直接或间接的接收到主机传送来的命令。本系统数 据均采用十六进制数。数据帧由帧头+ 帧载荷组成。 2 2 1 帧头格式设计 1 帧头为1 2 h 表示主机或从机发送“自动组网”命令； 2 帧头为1 3 h 表示主机或从机发送“设置地址”命令； 3 帧头为1 4 h 表示主机或从机发送“搜索本机可直接访问从机”命令； 4 帧头为15 h 表示主机或从机发送“再次搜索本机可直接访问从机”命令； 5 帧头为1 6 h 表示从机返送“本机可访问从机的信息”命令； 6 帧头为17 h 表示主机或从机发送“搜索新增从机”命令； 7 帧头为18 h 表示主机或从机发送“本机搜索新增从机”命令 8 帧头为1 9 h 表示n 级从机返送唪机找不到新增从机”命令； + 一 、9 帧头为1 a h 表示主机或从机发送“自动遍历”命令； 1 0 帧头为1 b h 表示主机或从机发送“自动遍历成功”命令； 1 1 帧头为1 c h 表示从机发送“找不到从机”命令； 1 2 帧头为1 d h 表示主机发送控制命令。 2 2 2 帧载荷格式设计 帧载荷由长度+ 地址+ 数据+ 校验和组成。 1 长度1 字节，为除帧头和长度字节外的其余数据字节数。 2 地址2 字节，高4 位表示查询状态：0 x x x h 为正常：0 f x x x h 为该从 机异常。低4 位表示地址：主机地址为x 0 0 0 h ，从机地址为x 0 0 1 h x f f f h ， 从机最多有4 0 9 5 个。 3 数据长度不定，主机或从机发送“自动遍历”命令时，数据为遍历路径； 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 l 级从机向主机传送数据时，传送从2 级从机开始至待查询从机之间的所有从机 的状态。当主机设置1 级从机的地址时，数据为l 级从机的序列号和主机分配 给1 级从机的地址。当主机设置x 级从机的地址时，数据为x - 1 从机地址、x 级从机的序列号和主机分配给l 级从机的地址。 4 校验和2 字节，为长度、地址和数据之和。通过检验和我们能够得知传 输数据的正确性，如果数据不正确，那么要求重新传，直至接收到的校验和等 于长度、地址和数据之和。 2 3 自动组网协议和地址命令集设计 本系统中，自动组网命令完成每个从机向主机报告可访问的从机序列号的 工作。根据自动组网命令获得的从机序列号，主机设置每个从机的地址。 2 3 1 自动组网及地址命令集设计 1 主机发送“自动组网 命令主机发送1 2 h 命令，得到能直接访问从机 ( 1 级从机) 的序列号，命令见表2 - 1 。 能收到命令的从机为l 级从机，并把本机的序列号发送回主机。主机搜索 其他从机的时候要通过1 级从机的中继。 表2 - 1 主机发送自动组网命令 t a b l e 2 - 1a u t o m a t i cn e t w o r kf o r m a t i o no r d e rs e n tb ym a s t e rm a c h i n e 帧头长度主机地址 校验和 1 字节1 字节2 字节2 字节 1 2 h0 2 主机发送“设定1 级从机地址”命令主机发送1 3 h 命令，设置能直接 访问的从机( 1 级从机) 地址，命令见表2 2 。 表2 2 主机发送设定1 级从机地址命令 t a b l e 2 - 2t h eo r d e ro f s e t t i n gt h ea d d r e s so f f i r s tg r a d es l a v es e n tb ym a s t e rm a e h i n e 帧头长度 1 级从机序列号该机地址校验和 1 字节1 字节 8 字节2 字节2 字节 1 3 h 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 3 主机发送“搜索x 级从机可访问从机”命令主机在设定完1 级从机地 址后，通过1 级从机地址搜索1 级从机可访问的2 级从机，获得2 级从机序列 号，再设定2 级从机地址，依此类推，得到所有从机的序列号，并设定所有从 机地址，命令见表2 3 。 表2 - 3 主机发送搜索x 级从机可访问从机命令 t a b l e 2 3t h eo r d e ro fs e a r c h i n gs l a v em a c h i n ev i s i t e db yxg r a d es l a v es e n tb ym a s t e rm a c h i n e 帧头 长度主机地址 x 级从机地址校验和 1 字节1 字节2 字节2 字节2 字节 1 2 h0 4 主机发送“设定x 级从机地址 命令主机在设定完1 级从机地址后， 搜索1 级从机可直接访问的从机，再设定2 级从机地址；依此类推，设定所有 从机地址，命令见表2 4 。 表2 4 主机发送设定x 级从机地址命令 t a b l e 2 4t h eo r d e ro fs e t t i n gt h ea d d r e s so fxg r a d es l a v em a c h i n es e n tb ym a s t e rm a c h i n e x 1 级从机x 级从机序 x 级从机 帧头长度主机地址校验和 地址 列号地址 1 字节l 字节2 字节2 字节 8 字节2 字节2 字节 1 3 h o 5 n 级从机发送“搜索x 级从机可访问从机”命令x 级从机为自动组网 时主机要求查询的从机，即操作机。n 级从机为主机寻址x 级从机时的中继从 机。如表2 5 所示命令是在主机寻址到n 级从机时，n 级从机发出的命令。n 级从机至x 级从机必须已设定好地址。命令中的数据区应包括n 级从机至x 级 从机之间的所有路径。 表2 - 5n 级从机发送搜索x 级从机可访问从机命令 t a b l e 2 - 5t h eo r d e ro fs e a r c h i n ga c c e s s i b l es l a v es e n tb yx g r a d es l a v em a c h i n e 帧头长度n 级从机地址x 级从机地址校验和 i 字节1 字节2 字节 2 字节2 字节 1 2 h 哈尔滨理工大学工掌硕士学位论文 6 n 级从机发送“设定x 级从机地址 命令x 级从机为主机要求设定地 址的从机，即操作机。n 级从机为主机设定x 级从机地址时的中继从机。如表 2 - 6 所示命令是在主机寻址到n 级从机时，n 级从机发出的命令。n 级从机至 x 。l 级从机必须已设定好地址。 表2 - 6n 级从机发送设定x 级从机地址命令 t a b l e 2 - 6t h eo r d e ro fs e t t i n gt h ea d d r e s so fxs l a v em a c h i n es e n tb yng r a d es l a v em a c h i n e n 级从机x 1 级从机x 级从机 x 级从机 帧头 长度校验和 地址 地址 序列号 地址 i 字节1 字节 2 字节2 字节8 字节2 字节2 字节 1 3 h 7 。x 级从机返送“本机设定地址成功”命令x 级从机地址设定成功后，x 级从机向x 1 级从机返送“本机设定成功 命令；x 1 级从机向x 2 级从机返 送“本机设定成功”命令；依此类推，直至主机收到为止。 表2 - 7x 级从机返送本机设定地址成功命令 t a b l e 2 7t h eo r d e ro fs u c c e s s f u l l ys e t t i n ga d d r e s s e so fxg r a d es l a v em a c h i n es e n tb yi t s e l f 帧头长度x 1 级从机地址x 级从机地址成功校验和 1 字节1 字节2 字节2 字节1 字节2 字节 1 3 h0 0 h 8 x 级从机发送“搜索本机可直接访问从机”命令x 级从机为自动组网 时主机要求查询的从机，即操作机。x 级从机收到x 1 级从机发来的1 2 h 命令， 发出如表2 8 所示命令，寻址可直接访问从机。 表2 8x 级从机发送搜索本机可直接访问从机命令 t a b l e 2 8t h eo r d e ro fs e a r c h i n ga c c e s s i b l es l a v em a c h i n es e n tb yxg r a d es l a v em a c h i n e 帧头长度x 级从机地址校验和 1 字节1 字节 2 字节 2 字节 1 4 h 当操作机发出1 4 h 命令搜索可访问从机后，如有2 台从机采用同一个随机 数，则同时发送，操作机读入错误信息，需处理竞争。 啥尔滨理工大学工学硕士学位论文 当操作机发现竞争后，发出如表2 - 9 所示的1 5 h 命令，接收到该命令的从 机再次产生随机数，再执行如1 4 h 命令的操作，直至所有可访问从机完成序列 号被操作机正确的接收为止。 表2 - 9x 级从机发送再次搜索本机可直接访问从机命令 t a b l e 2 9t h eo r d e ro fs e a r c h i n gf o rn e ws l a v em a c h i n ea g a i ns e n tb yxg r a d es l a v em a c h i n e 帧头长度x 级从机地址校验和 1 字节1 字节2 字节2 字节 1 5 h 9 x 级从机返送“本机可访问从机的信息 命令x 级从机为自动组网时 主机要求查询的从机，即操作机。x 级从机在获得本机可访问从机的序列号后， 向主机返送。 收到如表2 1 0 信息的x 1 级从机修改表2 1 0 第3 栏数据为x 一2 级从机的 地址后转发，直至主机。 表2 1 0 x 级从机返送本机可访问从机的信息命令 t a b l e 2 - 1 0t h eo r d e ro f a c c e s s i b l es l a v em a c h i n ei n f o r m a t i o ns e n tb yxg r a d es l a v em a c h i n e x 1 级从机可访问从机序列可访问从机序 帧头长度 校验和 地址号列号 1 字节 1 字节 2 字节8 字节8 字节2 字节 1 6 h 1 0 主机发送“搜索新增从机”命令“搜索新增从机”命令完成主机搜索新 增从机和设定新增从机的地址的功能，命令见表2 1 1 。 表2 1 1 主机发送搜索新增从机命令 t a b l e 2 11t h eo r d e ro fr e s e a r c h i n gn e ws l a v em a c h i n es e n tb ym a s t e rm a c h i n e 主机地 n 级从 x 级从新增从 帧头长度校验和 址 机地址机地址机地址 l 字节 1 字节2 字节2 字节 2 字节 2 字节 2 字节 1 7 h o 主机发送如表2 1 1 所示命令搜索新增从机，l 级从机至x 级从机只要有1 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 个从机发现新增从机，则不在向下级从机发送搜索命令，例如n 级从机找到了 新增从机则直接发送如表2 1 2 所示命令，向主机报告。 表2 1 2n 级从机发送找到新增从机命令 t a b l e 2 12t h eo r d e rt h a ti th a s f o u n dn e ws l a v em a c h i n es e n tb yng r a d es l a v em a c h i n e n 级从机地新增从机序 帧头 长度主机地址校验和 址列号 1 字节 1 字节2 字节 2 字节8 字节 2 字节 1 7 h 如找不到新增从机，再选一条新路径，重发表2 1 1 所示命令，直至找到为 止。 1 1 n 级从机发送“搜索新增从机”命令当n 级从机收到如表2 1 1 所示命 令，发送如表2 1 4 所示命令，搜索新增从机，找不到，发送如表2 1 3 所示命令， 继续向下搜索；如果找到，直接发送如表2 1 2 所示命令，向主机报告。 表2 1 3n 级从机发送搜索新增从机命令 、t a b l e 2 - 1 3t h eo r d e ro f r e s e a r c h i n gn e ws l a v em a c h i n es e n tb yn g r a d es l a v em a c h i n e 帧头长度n 级从机地址新增从机地址校验和 1 字节1 字节2 字节2 字节2 字节 1 7 h 1 2 主机或n 级从机发送“本机搜索新增从机”命令当n 级从机收到如表 2 1 1 所示命令，发送如表2 1 4 所示命令，搜索新增从机，找不到，发送如表2 1 3 所示命令，继续向下搜索：主机发送“本机搜索新增从机”命令时，第3 栏改 为“主机地址”即可。 表2 - 1 4n 级从机发送本机搜索新增从机命令 t a b l e 2 - 1 4t h eo r d e rt h a tn g r a d es l a v em a c h i n ei e s e a r c hn e wo n es e n tb yi t s e l f 帧头长度n 级从机地址新增从机地址校验和 1 字节1 字节2 字节 2 字节2 字节 1 8 h 1 3 n 级从机返送“本机找不到瓤增从机”命令找到新增从机时，新增从 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 机将发送如表2 8 和表2 - 9 所示的命令搜索得到本机可直接访问从机，然后执行 表2 7 和表2 1 0 命令将本机可访问从机的信息和“本机设定成功”信息返送x 级级从机。x 级从机继续向上一级返送“新增从机可访问从机的信息”。 当从机为最后一级从机且找不到时，返送如表2 1 5 所示命令通知主机。 表2 - 1 5n 级从机发送本机找不到新增从机命令 t a b l e 2 15t h eo r d e rt h a tng r a d es l a v em a c h i n ec a l l tf i n dl t e wo l l es e n tb yi t s e l f 帧头长度n 1 级从机地址x 级从机地址校验和 1 字节l 字节2 字节2 字节2 字节 1 9 h n 1 级从机收到如表2 1 5 命令后，更改表2 1 5 的第3 栏为n 2 级从机地址， 继续返送，直至主机。 1 4 主机发送“自动遍历”的命令当自动组网成功以后，每隔一段时间主 机就会发送如表2 1 6 的自动遍历命令来巡视从机的工作状态。遍历的路径由主 机存储的从机间通信关系计算得出。x 从机为这条遍历路径的最后一个从机。 表2 1 6 主机发送自动遍历命令 t a b l e 2 16t h eo r d e ro fa u t o m a t i ce r g o d i e i t ys e n tb ym a s t e rm a c h i n e 帧头长度1 级从机地址x 从机地址校验和 1 字节1 字节2 字节2 字节l 字节 l a h 1 5 x 从机发送“自动遍历成功 的命令当从机接到主机发送的“自动遍 历”命令，并确定本机是此路径中的最后一个从机，就发送如表2 1 7 的命令。 表2 - 1 7x 从机发送自动遍历成功的命令 t a b l e2 17t h eo r d e rt h a ts u c c e s s f u la u t o m a t i ce r g o d i c i t ys e n tb yxg r a d es l a v em a c h i n e 帧头长度x i 从机地址x 从机数据校验和 l 字节1 字节2 字节2 字节1 字节 1 b h x 1 级从机收到x 级从机发送来的如表2 1 7 命令，更改表2 1 7 的第3 栏为 x 2 从机地址，并添加自己的状态信息，依此类推，直到主机。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 1 6 n 级从机返送“x 级从机找不到从机 命令在所有通信中，凡是找不 到下一级从机的从机发送如表2 1 8 命令，通知主机另选路径。 x 级从机为找不到下一级从机的操作机，n 级从机为中继从机。 表2 1 8n 级从机发送x 级从机找不到从机命令 t a b l e 2 18t h eo r d e rt h a tx g a r d es l a v em a c h i n ec a l l tf i n da n o t h e rs e n tb yn s l a v em a c h i n e 帧头长度n 1 级从机地址x 级从机地址校验和 1 字节1 字节2 字节2 字节2 字节 1 c h n 1 级从机收到如表2 1 8 命令后，更改表2 1 8 的第3 栏为n 2 级从机地址， 继续返送，直至主机。 1 7 主机向从机发送控制命令主机向从机发送如表2 1 9 的命令，接到命令 的从机根据主机的要求更改自己的工作状态。 表2 - 1 9 主机发送控制命令 t a b l e 2 - 19t h ec o n t r o lo r d e rs e n t 研m a s t e rm a c h i n e l 级从x 从机控制 帧头长度数据校验和 机地址地址类型 1 字节1 字节2 字节2 字节1 字节2 字节1 字节 l d h x 级从机接收到如表2 1 9 的命令后，按照控制类型栏和数据栏的命令更改 自己的运行状态，控制类型有t i 和t e 两种，t i 表示定时控制，t e 表示温度 控制。 2 3 2 搜索本机可访问从机的实现方案 在搜索本机可访问的从机时从机内部就要存放其上一级从机地址表，以便 于信息的返送。上一级从机地址表由主机在遍历时的路径指示。从机搜索到其 可访问的从机时，向主机报告它们的序列号。 具体实现方案如下： 1 当主机搜索“l 级从机 时，发送如表2 1 所示命令。 2 当主机搜索“x 级从机可访问从机”时，发送如表2 3 所示命令。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 3 当中继从机收到主机发来的要求搜索可访问从机的命令时，发送如表 2 5 所示命令。 4 当从机搜索“本机可直接访问从机 时，发送如表2 8 所示命令。 5 当从机再次搜索“本机可直接访问从机”时，发送如表2 - 9 所示命令。 6 当从机返送“本机可访问从机的信息”，发送如表2 1 0 所示命令。 7 如有新增从机，发送如表2 11 所示命令“搜索新增从机”命令。可能 要执行多次。 主机搜索可访问的从机的流程图如图2 2 。 ( 开始 0 i 主机发送”x 级从机能 找到的从机”命令 图2 - 2 搜索可访问从机的流程图 f i g 2 2f l o w c h a r to fs e a r c h i n ga c c e s s i b l es l a v em a c h i n e 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 2 3 3 设定从机地址的实现方案 、 收到主机发送要求“设置地址”命令的从机称为操作机。主机每次只能设 定一台从机地址。主机或从机在发送命令后，如果在规定时间内收不到操作机 返回的“设定地址成功”的命令，返送如表2 1 8 命令所示报警信息，通知主机 另选路径。设定n 级从机地址时，n l 级从机地址必须已设定好。 具体实现步骤如下： 1 当主机要完成“设定1 级从机地址”时，发送如表2 2 所示命令。 2 当主机要完成“设定x 级从机地址”时，发送如表2 4 所示命令。 3 当从机地址设定成功后返送“本机设定地址成功命令，如表2 7 所示。 4 设定从机地址的流程图如图2 3 。 ( 开始 ) ， i 主机发送“设x 级 l 从机地址”命令 图2 3 设定从机地址的流程图 f i g 2 3f l o w c