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文档简介

1、 空调智能控制系统办公、便捷酒店瑞斯康微电子(深圳)有限公司2015.01.01目 录第一章 系统简介1第二章 控制管理软件3第三章 智慧路由器43.1 基本功能43.2 智慧路由器软件设计原理53.2.1 总体程序结构和模块外部设计73.2.2 功能分配93.2.3 接口设计103.2.4 开发环境113.3 智慧路由器硬件设计原理113.3.1 SMT32主要功能部分及说明113.3.2 2440主要功能部分及说明123.3.3 硬件接口描述123.4 性能描述13第四章 空调控制器154.1 功能描述154.2 性能描述154.3 空调控制器软件设计原理174.3.1 整体软件架构174

2、.3.2 各模块功能分配174.3.3 应用场景204.3.4 外部接口214.3.5 开发环境214.4 空调控制器硬件设计原理224.4.1 硬件总体框图及说明224.4.2 主芯片及外围电路224.4.3 通讯单元说明224.4.3 计量部分说明234.4.4 继电器控制部分说明234.4.5 电源设计234.4.6 硬件接口描述23第一章 系统简介电费支出在便捷酒店、办公大楼的成本中占了很大的比例,因人们对低温偏好、公共道德缺失等原因,空调用电浪费的现象十分普遍,直接降低了经济效益,且与当前倡导的节能减排趋势背道而驰。瑞斯康微电子(深圳)有限公司设计的“空调智能控制系统”综合采用了先进

3、的数字信号处理(DSP:Digital Signal Processing)技术、电力线载波通信(PLC: Power Line Communication)技术、电源管理技术及以太网等技术,实现对便捷酒店、办公大楼等区域空调的遥测遥控,统一管理,以有效控制用电浪费现象,达到节能减排的目的。“空调智能控制系统”主要由控制管理软件、智慧路由器、空调控制器三部分组成。本系统以电力线载波通信方式为主体,无线通讯为辅助,把室内温度、分体空调系统运行的能耗等各项数据,集中送到局域网服务器,并生成管理所需的各种表格,管理人员可任何地方登陆智慧路由器,对每一台空调进行实时控制和管理,让每一台分体空调机在任何

4、时间的运行状态,都完全受控,从而避免空调用电浪费现象的发生。总体网络拓扑关系如下:图1 总体网络拓扑关系第二章 控制管理软件功能特点:n 主站采用B/S架构,界面友好直观。n 权限分配功能:分级管理,安全性高;对系统进行权限分级管理,硬件部全具有系统智能监测功能,保证了系统安全运行的可靠性。n 实时监测用户的使用状况,判断用户是否存在违章使用,能及时向监控中心报警,提醒维护人员及时查证。n 顶端移动式显示:公司名称,当前时间,空调总数量,开机数量,异常数量。n 档案管理功能,实现用户、设备、数据的对应关系。n 用电量、温度、空调开机时间等数据的计算与分析、预测、预警、统计、比较、分析。n 数据

5、的显示(数值、曲线、图表)、存储与打印,统计报表(年、月、周、日)功能,支持Excel表格导出。第三章 智慧路由器智慧路由器通过电力线通讯和无线通信的方式实现对空调控制器的数据采集。集中管理和控制,并与终端用户进行交互,在“空调智能控制系统”中起到承上启下的作用。路由器系统可应用于苹果系统、andriod系统、window系统的的手机及平板pc机。路由器系统内置了Web服务器,用户无须下载任何软件,仅仅通过浏览器便可随时随地远程控制家中的空调。3.1 基本功能1、参数部分管理及自动更新节点参数功能1) 系统参数 :IP地址,用户名,密码等参数管理;2) 节点档案:对酒店每个房间空调实现档案管理

6、;3) 管理策略参数:智慧路由器根据客户自行设计的空调运行策略自动管理空调开关、温度、运行模式等 (时间可设);4) 节点运行参数:节点运行温度,工作模式等自动化要求,也有每日、月开始起点;5) 节点数据删除,节点设备配置等管理;节点参数,智慧路由器也要保存;6) 对于节点参数的批量更新,下发完成后由集中器自动更新节点参数;2、空调数据信息采集1) 实时采集功率、电压、电流、温度,当日、本月已用电能、空调工作状态、电池电压、继电器状态等信息;2) 采集历史日、月电能,空调日、月开机累计时间,压缩机日月工作时间,温度曲线数据;3、接收主动上报功能1)接收房间数据主动上报:上电记录(上次停电及刚上

7、电的记录),室内温度,电池电压,空调工作状态变化(关机是休眠),空调当日工作时间,当日压缩机工作时间,电能变化,功率等信息; 2)接收异常告警主动上报功能(每台空调保存最近10条):空调设备故障 ;a) 房间温度异常告警功能; b) 无线温湿度传感器电池电量不足告警上报功能;c) 过负荷保护跳闸报警功能:自动切断电源保护;4、远程控制空调功能用户通过智慧路由器界面可断送空调电源或远程设置空调工作模式,运行温度,风速大小;5、曲线记录功能房间节点记录每小时用电能曲线,温度曲线。 6、通讯统计功能1) 连续3天没有主动上报或未成功抄收一次,智慧路由器记录一次设备异常;2) 记录每个节点最近一次成功

8、通讯的时。3.2 智慧路由器软件设计原理智慧路由器主要包括以下模块:集中器数据处理进程和嵌入式WEB服务器,它们通过集中器数据访问接口进行通信。集中器数据处理进程通过下行通信接口与空调控制器交互。集中器应用软件框架的核心是进程核心,这个进程核心主要管理着定时任务、调试模块、档案管理、集中器数据访问接口、下行协议处理模块,通过数据访问接口与web服务器进行数据传递,通过下行协议处理模块和下行通信物理接口与空调节点通信。集中器应用软件主框架如下图所示:图2 集中器应用软件主框架嵌入式WEB服务器端软件框架有由后台服务器、后台CGI、数据流结合、SQLITE3数据库、集中器数据访问接口和显示用户界面

9、的html格式的文件组成。一般用户信息放在数据库中,向什么抄表数据及集中器采集到的监控信息通过集中器数据访问接口来获取。用户界面部分包括历史数据查询、当前状态显示、统计数据分析、系统维护、参数配置、文件导入导出、帮助提示组成,其中调试维护界面是有公司内部人员操作的,一般不对用户开放。嵌入式WEB服务器端软件框架如下图所示:图3 嵌入式WEB服务器端软件框架3.2.1 总体程序结构和模块外部设计智慧路由器的程序采用分层架构,由硬件驱动层、中间件、API 及应用层组成。具体如下图示:1、硬件驱动:为硬件按照应用需求正常工作的驱动,同时向上提供可操作的驱动接口函数。 串口:主要应用于调试信息输出,R

10、S485应用 I/O:外部功能按键应用以及各种LED指示灯 RS485:为外部设备提供通信接口 网口:网络通信应用 NAND FLASH:用于文件存放、数据库保存的载体 SDRAM: 程序内存的扩展 WIFI: 无线连接网络2、中间件:主要包括操作系统、文件系统、TCPIP网络协议栈和无线WIFI网络协议栈操作系统:LINUX Ver2.6.32无线WIFI协议: 协议版本为802.11TCP/IP网络协议: Itnernet基础协议:文件系统: linux平台下存贮YAFFS23、API:为应用程序调用提供的接口驱动函数;4、应用层:实现集中器功能的应用程序部分事件模块:包括来自主站的,下行

11、节点上报和时间触发的事件管理维护/调试模块: 硬件检测、远程升级、程序调试信息输出和异常信息日志程序监控模块: 对应用程序运行的监控,程序错误的恢复采集模块:执行事件触发的抄表任务统计模块:对抄表信息,主站的配置记录和通信数据统计数据存储接口模块:为集中器的数据文件、参数文件、配置文件的读取数据库:包括数据、档案、参数和配置文件等集中器与服务器的数据访问接口模块:为上行协议层的调用提供接口,利用它,可实现不同进程间的通信上行协议模块: 对来自服务器的报文进行解析,并完成相应的命令响应下行通信模块:为采集模块,或者主站请求节点通信提供接口,将功能应用的下行通信与下行通信接口隔离,可以更好地与硬件

12、接口无关性,实现良好的扩展性和移植性,接收来自节点的数据下行协议模块:对来自下行的报文进行解析,为主站请求节点内容或者采集事件请求节点内容提供接口人机界面模块: 对集中器的工作状态指示和人工干预的输入操作3.2.2 功能分配智慧路由器程序使用多进程多线程的任务模式,其中集中器程序与web服务器是两个不同的进程,它们之间用消息机制进行进程间通信,而每个进程内部有多个线程。根据应用和模块功能,将整个应用程序划分以下几个任务:1) 上行通信任务- UPCOM2) 上行协议任务UPPRO3) 主动通信任务-UPACT4) 下行通信任务-DWNCOM5) 采集任务-ACQ6) 启动任务-START7)

13、本地维护任务 -MANTAIN8) 事件定时任务- EVENT程序功能模块被以上任务模块进行调用,并经过操作系统协调各任务执行,完成集中器的功能需求。3.2.3 接口设计 1、外部接口 1)硬件接口2)外部软件接口1、操作系统与上层应用的API接口2、文件系统操作系统与上层应用的API接口3、TCP/IP协议与上层应用的API接口4、WEB服务器与应用程序的接口5、集中器程序与web服务器应用程序的交互接口6、硬件设备驱动与上层应用的API接口2、内部接口 1、采集模块,上行协议模块与下行通信之间的接口 2、数据存储与其他需要存储数据库的模块的接口 3、上行通信与上行协议处理之间的接口 4、采

14、集模块与下行协议模块之间的接口 5、上行协议模块与事件模块的接口 6、事件告警记录与事件模块的接口7、调试模块与其他应用调用的接口3.2.4 开发环境1、使用C/C+、 PHP开发语言进行开发,利用SQLITE3数据库保存数据,采用APPWEB服务器。2、编译环境:ARM gcc编译器版本:arm-none-linux-gnueabi-gcc 4.4.3 (ctng-1.6.1)3、本系统的网页部分采用B/S模式,浏览器建议采用谷歌浏览器。3.3 智慧路由器硬件设计原理智能路由器硬件部分主要分为三大部分:电源部分(给整个系统提供电源及体统载波通道)、SMT32功能部分(主管载波及无线)、244

15、0功能部分(主管上位机分析管理)。其硬件总体框图如下:硬件总体框图3.3.1 SMT32主要功能部分及说明1、MCU:STM32F051C8T6(封装LQPF48),用作无线和载波管理2、无线部分:采用集成的无线模块(无线模块的核心模块是SI4438)3、载波部分:采用3403+1010方案设计1)路由芯片:RISE34032)发送电路:RISE1010功放芯片3.3.2 2440主要功能部分及说明1、核心板:Super2440核心板l Samsung s3c2440AL-40微处理器,ARM926EJ内核,工作频率为400MHz, 最高533MHzl 64MB 32bit SDRAM(H57

16、V2562)l 256MB SLC Nand Flash(K9F2G08)l CPU信号通过2个2.0 mm间距2*100-pin插件连接器引出所有IO口l 工作温度: -20+70l 3.3V的电源输入l PCB规格:6层板设计l 大概200Ma电流2、以太网模块:采用DM9000AE网络芯片加带网络变压器的RJ45网络接口3.3.3 硬件接口描述1、外部接口类型及定义1) 电源接口:用于提供整个路由器的电源供电及载波通道;2) 网络接口:与外部网络连接接口:用于远程控制机数据采集用;3) WIFI接口:用于无线控制及数据采集用;4) 按键:一个用于复位,一个用于AP切换;2、内部接口类型及

17、定义1) 载波通道:用于MCU信号通过电力线传输用;2) 2440与STM32通信接口:用于2440与STM32两个MCU之间的数据交换;3.4 性能描述1、供电方式:单相交流电源2、电压范围:220V30% 50/60Hz3、工作温度:30754、工作湿度:85%5、功耗:智慧路由器在非传输状态下视在功率应不大于10VA,有功功率应不大于3W;传输状态下功耗的增量应不大于5VA、1W。6、无线1) 中心频点:470MHz2) 发射功率:18dBm3) 接收灵敏度:-100dBm7、载波1) 中心频点:357K2) 接收灵敏度:60dB衰减+1欧负载8、WIFI1) 频点:2.4GHz2) 通

18、信距离:室内50M9、EMC/EMI要求第四章 空调控制器空调控制器是应用于“空调智能控制系统”的一个控制终端,其核心芯片采用STM公司的STM32F0系列,应用瑞斯康自主开发的电力线载波集成芯片,配合专业的硬件和软件设计,使产品具有载波+无线双模通讯、红外控制、计量等强大功能,并能通过继电器的拉合闸达到对空调电源通断的控制。具有易实施,免布线,工作可靠,易于维护等优点,是专门为空调节能而研发出来的高性能空调节能控制产品。每个空调控制器作为一个空调控制节点,插头插于空调专用插座上,与市电线路连接,具有电力线载波通信的功能,能通过供电电力线与智慧路由器保持互通,接受和执行各种指令,并将执行结果和

19、数据送回路由器。同时,空调控制器也具备无线通信功能,双模通信的方案保证了通信更加实时可靠,通信成功率有了更大的保障。同时,空调控制器的计量功能能实时监测空调的用电情况,能给空调的使用及节能提供准确的数据依据。4.1 功能描述(1)双模通信:载波通信+470M无线通信(2)红外控制(3)计量功能(4)2.4G无线通信(5)继电器断送电控制(6)按键(7)实时时钟+数据存储功能4.2 性能描述(1)载波性能:接收-60dB + 1;发送带1负载时,发送幅值不小于3V(2)470M无线性能:(3)2.4G无线性能:(4)计量准确度:I级(即在规定电流范围内计量误差=1.0%)(5)红外性能:(6)继

20、电器部分:能通过分体空调的最大电流,不小于16A(7)电源性能:满足EN55022 CLASS B或FCC CLASS B级标准(8)整机性能:EN55014+IEC61000标准(ESD:4KV(接触放电),8KV(空气放电);Surge:1KV;EFT:1KV,5.50ns,5kHZ)(9)工作范围:工业级(4070)(10)数据通讯协议:DL/T 645-1997多功能电能表通信规约、DL/T 645-2007多功能电能表通信规约并可以扩展。(11) 载波和无线通讯协议遵循非国网协议,支持洪泛路由算法,支持冲突避让,支持双模选择功能和无线信道配置功能,支持2.4g通道参数设置功能。(12

21、)供电方式:单相交流电源(13)在额定电压(220V)20%内能正常工作(14)产品在非传输状态下视在功率应不大于2VA, 0.5W;传输状态下功耗的增量应不大于5VA、1W(15)使用寿命:5年(16)测温精度:0.54.3 空调控制器软件设计原理4.3.1 整体软件架构4.3.2 各模块功能分配1、双模通信查询处理模块双模通信查询处理模块作为空调控制器的一个单独处理模块,负责控制器与智慧路由器之间的通信。当接收到主站发送过来请求消息时,转换成对应的645格式传递给应用层进行处理,若应用层处理完成后有消息返回,则打包成对应的645格式传递给双模处理模块进行发送,整个过程中的接口格式都遵循64

22、5格式。2、时钟查询处理模块时钟处理模块提供给外部功能模块的接口有查询当前时间和校时两个接口。3、数据存储处理模块数据存储器模块提供给其它功能模块有数据读写两个接口4、电量计量处理模块电量计量模块在主循环中实时读取当前电流、电压及功率等数值,提供相关查询函数供外部查询。5、温度采集处理模块温度采集模块在主循环中实时刷新当前温度值,为红外纠正提供依据。6、红外纠正处理模块红外纠正模块根据当前接收到的红外命令进行解析,当达到程序的红外纠正的条件时,以当前的温度为依据,决定是否启动红外纠正。7、继电器控制模块继电器控制模块只有三种条件下控制继电器动作:1)远程收到开关继电器的命令;2)本地按键开关继

23、电器;3)当电流超过允许值一定时间,自动断开继电器保护节点。1)2)3)4)4.3.3 应用场景1. 空调控制器与温度检测器之间的通讯2. 空调控制器直接上报数据到智慧路由器3. 空调控制器通过中继上报数据到智慧路由器4. 智慧路由器主动抄收空调控制器数据4.3.4 外部接口用户接口: 提供了一个按键开关,实现本地继电器控制、相关数据的清除、地址配对有及地址修改功能。外部硬件接口:空调控制器与智慧网关/抄控器通过双模通信接口进行连接,查询和控制空调控制器的运行状态和执行动作。 空调控制器与空调通过红外通信接口进行连接,控制空调的运行状态。 空调控制器通过红外通信接口监视空调遥控器的遥控命令。

24、通过串口和其他下载控制线,下载器可以给空调控制器下载程序。外部软件接口: 空调控制器与抄控器以及智慧网关之间通过以下协议连接:1、瑞斯康电力线载波通信路由协议2、空调控制器应用通信规约空调控制器与空调以及空调红外遥控器之间通过本类空调的红外通信控制协议连接。空调控制器同下载器之间通过3501E的下载规约连接。4.3.5 开发环境 功能MCU: STM32F051C8T6 载波芯片:RISE3403 无线芯片:SI4438 2.4G通讯模块:台产NRF24L01-M 开发平台:Keil uVision4 编程语言:C51语言。4.4 空调控制器硬件设计原理4.4.1 硬件总体框图及说明4.4.2 主芯片及外围电路STM32F051C8T6采用高性能的AR

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