楼宇自动化技术实训.doc

结业论文楼宇自动化技术实训结业论文专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 信息技术学院电气工程系2012年 11 月 12 日 - 1 -楼宇自动控制系统摘要：设计楼宇自动化系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，采用最优化的控制手段,对各系统设备进行集中监控和管理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，在创造出一个高效、舒适、安全的工作环境中，降低各系统造价，尽量节省能耗和日常管理的各项费用，保证系统充分运行，从而提高了智能建筑的高水平的现代化管理和服务，使投资能得到一个良好的回报。随着现代社会的进步，人们的生活水平也在不断的提高。以往家庭厨房大都是用木材做燃料来做饭，而现在大多数家庭都改用罐装煤气、液化石油气或者天然气。但危险也随着它们而进入了人们的生活，因为罐装煤气、液化石油气和天然气都是易燃易爆物品，一旦泄露，随时都可能给人们造成生命和巨大的财产损失。关键词：自动化系统 消防系统 安全1楼宇自动化1.1楼宇自动化系统的组成与基本功能建筑设备自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。根据我国行业标准，BAS又可分为设备运行管理与监控子系统和消防与安全防范子系统。一般情况下，这两个子系统宜一同纳入BAS考虑，如将消防与安全防范子系统独立设置，也应与BAS监控中心建立通信联系以便灾情发生时，能够按照约定实现操作权转移，进行一体化的协调控制。建筑设备自动化系统的基本功能可以归纳如下：(1)自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态。(2)自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。3)根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使之始终运行于最佳状态。(4)监测并及时处理各种意外、突发事件。(5)实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。(6)能源管理：水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。(7)设备管理：包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。1.2楼宇自动化控制系统的原理楼控系统采用的是基于现代控制理论的集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统(Distributedcontro systems简称DCS)。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置(DDC)完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制功能单一的局限性。安装于中央控制室的中央管理计算机具有CRT显示、打印输出、丰富的软件管理和很强的数字通信功能，能完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等任务，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难、无法统一管理的缺点，保证设备在最佳状态下运行。2硬件设计2.1温度气体信号采集模块温度采集电路的设计：考虑到本系统设计成本及电路复杂性的关系，我们这里采用数字温度传感器来直接获得环境中的温度，不需要进行A/D转换，便可直接与单片机相连进行数据的传输，硬件电路简单。气体浓度采集电路的设计：根据我们日常生活中经常接触到的可燃性气体成分，本系统采用的可燃性气体传感器的型号是MQK1，此传感器对我们日常所接触到的煤气、天然气和瓦斯的成分都比较敏感。由此传感器获得的信号经调理电路处理，便可作为A/D转换模块的输入模拟信号。所获得的模拟电信号经A/D转换送入CPU中处理。由此可设计出可燃气体浓度采集部分的方案框图，如图3.1所示。温度传感器DS18B20单片机AT89C52A/D转换可燃气体传感器传感器调理电路图3-1温度气体采集模块方框图2.2火灾报警系统主要器件的选择2.2.1主控制芯片的选择我们选择了51系列单片机中的AT89C52芯片来作为这次总设计的主控芯片。AT89C52是美国ATMEL公司的低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含8K可反复擦写的只读程序存储器和256Byte的RAM。器件采用Atmel公司高密度非易失性存储器技术生产，与标准MCS-51指令和8052引脚完全兼容。片内置通用8位CPU和FLASH存储单元，片内震荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。2.2.2采集系统主要器件的选择（一）数字温度传感器的选择考虑到本系统对采集到的温度精度要求不高，设计成本及电路复杂性的关系，我们这里采用数字温度传感器的型号是DS18B20。DS18B20是DALLAS半导体公司推出的一线总线技术的典型产品。它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现精度1/21/6的四级转换，可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化9位和12位的数字量。其内部结构如图3.4所示。其内部结构主要包括7个部分：(1)寄生电源；(2)温度传感器；(3)64位激光(laser)ROM与单线接口；(4)高速暂存器，便笺式RAM，用于存放中间数据；(5)TH触发寄存器和TL触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上、下限、tH 、tL值；(6)存储与控制逻辑；(7)8位循环冗余校验码(CRC)发生器。图3.2DS18B20的内部结构示出寄生电源电路。当I/O或VDD引脚为高电平时，这个电路便“取”得电源。只要符合指定的定时和电压要求，I/O将提供足够的功率。寄生电源的优点是双重的：1)利用此引脚，远程温度检测无需本地电源，2)缺少正常电源条件下也可以读ROM。为了使DS18B20能完成准确的温度变换，当温度变换发生时，I/O线上必须提供足够的功率。因为DS18B20的工作电流高达1mA，5K的上拉电阻将使得I/O线没有足够的驱动能力。如果几个DS18B20在同一条线上而且企图同时变换，那么这一问题将变得特别尖锐。64位ROM和一线口供电方式检测存储器和控制逻辑便笺式存储器温度传感器CRC发声器低温度触发器TL高温度触发器THDQVDDGNDVDD图3-2 DS18B20的内部结构在总线主机上不知道总线上DS18B20是寄生电源供电还是外部VDD供电的情况下，在DS18B20内采取措施来通知采用的供电方案。总线上主机通过发出跳过(Skip)ROM的操作约定，然后发出读电源命令，可以决定在DS18B20总线上是否有需要强上拉。在此命令发出后，主机接着发出读时间片。如果是寄生电源供电，DS18B20将在单线总线上送回“0”；如果由VDD引脚供电，它将送“1”。如果主机接到一个“0”，它知道它必须在温度变换期间在I/O线上提供强的上拉。DS18B20的测温原理如图3.3所示，低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器l。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器l和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。计数器l对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器l的预置值减到0时，温度寄存器的值将加l，计数器l的预置将重新被装入，计数器l重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器l的预置值。DS18B20的配置寄存器预置低温度系数晶振=0斜率累加器预置计数器1温度寄存器比较高温度系数晶振=0计数器2停止加1LSB位置/清零图3-3 DS18B20测温原理 配置寄存器为中间结果暂存器中的字节4。配置寄存器可以设置DS18B20温度转换的精度。可以设置精度为9位、10位、11位、12位。上电缺省的分辨率为12位精度。用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。（二）可燃性气体传感器根据我们日常生活中经常接触到的可燃性气体成分，本系统采用的可燃性气体传感器的型号是MQK1，此传感器对我们日常所接触到的煤气、天然气和瓦斯的主要成分都比较敏感。MQK1可燃气体传感器主要用于检测空气中CO、CH4、H2等可燃气体的浓度，其原理为传感器的内部阻抗随可燃气体的浓度而变化。MQK1的测量范围为10010000PPM（PPM为体积比例，表示百万分之一），工作环境的温度：-1045，湿度95。其引脚及电学参数如图3.4所示。GNDVOUTRL+5VGND图 3-4 引脚及电学参数图2.2.3液晶显示模块的选择LCD显示控制模块的系统示意图图3.5为使用LCD显示控制模块的系统示意图，对于用户来说，只需要提供命令给LCD显示控制模块，就可以对LCM进行显示操作。(或Local BUS)UART微控制器LCD显示接口模块LCM图 3-5 LCD显示控制模块的系统示意图LCD液晶显示器是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器，它具有微功耗、体积小、抗干扰能力强、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。另一特点是，LCD本身不发光，是通过借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。3 结论通过本次设计的锻炼，我学到了很多有关楼宇自动控制系统的基本原理与在生活中的应用,巩固了单片机知识。无论从选题到定稿，从理论到实践都使我学到了很多东西，它不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。同时也明白了理论与实践相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合