随着时代的不断发展，楼宇的设计中也逐渐加入了智能的因素，在智能化发展的趋势下，楼宇自动化控制系统在建筑行业得到了广泛的应用。在实际的建工工程中，自动化系统不断走向发展与完善，但是关于楼宇自动化控制系统的失败案例也有不少，这就要求我们在实际工作中对自动控制系统进行进一步的完善。本文就对楼宇的自动化控制系统进行了深入浅出的分析与探讨，希望能为楼宇建设的自动化系统控制的相关设计提供一些参考。
【关键词】自动化控制系统完善
近年来我国的经济建设得到高速的发展，楼宇的建设开始全面开展，同时也带动了楼宇自动化系统控制建设的发展。楼宇自动化控制系统主要包括四大部分，包括主机、现场监控器、通信网络和仪表。楼宇自动化系统对建筑内的何磊设备进行监控，保证了运行的安全、可靠，同时还能节省人力和物力。但是，因为我国的楼宇自动化控制的发展比较晚，在设计和施工等方面还只是处于初级发展阶段，在具体的设计和施工方面还存在着很多不合理的地方，所以会有运行不良、使用寿命短等问题的出现。所以，根据实际情况，我们要针对楼宇自动化设计的特点对相关的管理功能进行选择，同时还要在实际的工作中积累关于自动化控制的相关经验，使系统设计得到相应的完善，使楼宇自动化控制系统真正的发挥出相应的功能。
1简述自动化控制系统有哪些基本的功能
在楼宇自动化系统设计中采用的数据通常情况下都是根据自动采集而来的数据，这些数据可以作为系统运行的一种参数，对运行情况进行自我监控，对系统中的各个指标进行全方位的调动，进而实现和创造经济效益和相应的社会效益。
1.1自动化系统具有数据自动采集的功能
对现地控制单位之间传送的数据进行的处理和存储要建立在系统数据库的基础之上，用上位计算机对系统的相关参数进行分析，从而形成系统运行的参数。在数据库中提取的数据资料可以对自动控制进行调节，通过本身的记录、检索等功能为系统的工作人员的灵活调用作为参考。
1.2自动化系统具有自动监控与调节的功能
想要提高系统的监控水平和调节水平，可以达到减少对系统操作失误的目的。但是，系统具有本身的复杂性，人工的监控是难以达到要求的，所以就需要自动监控和调节功能的开发与利用。对各种功能设置模拟操作系统，这个系统的设置要建立在数据科学合理的基础上。将自动系统的指令设置在屏幕显示器上，根据计算机屏幕显示执行的步骤，这样就可以对系统运行进行一目了然的监控了。
1.3总动画系统具有现地控制单元的功能
这个功能应该在自动化操作系统中某个环节的后面，进行现地的现实和处理，同时将操作的具体情况传到主控层。主控等再根据指令对是否满足指令的条件进行分析。最后按照发出的指令将硬件运行到相应的位置上。现地控制一般都会设置权限开关，根据开关实现远程的切换，同时依然可以使用手动的方式进行辅的操作，手动操作还可以解决特殊情况下的燃眉之急。
2对数据采集的设计
在对自动化系统进行上述三项基本功能的设计的时候，一定要体现出系统基本功能之间的共通性，还要对这些功能进行合理的处理，使自动化控制功能的适用性能够得到相应的提高。
2.1对数据采集的设计
在对系统数据进行采集之前要做到有针对性的进行采集，对自动化控制系统数据进行采集之后，要及时将数据传送到上位计算机中，实现系统运行的实时监控，这些数据可以作为盘点系统运行是否正常的重要依据。对系统的数据采集可以用单端隔离的模拟量进行输入卡，用波形检测的方式对系统自动收集的数据进行分析与监控，同时，必须要设置好采集范围和输出通道。
对数据进行采集设计时要做到对数据保存情况的实时显示。在对软件进行设计的时候还要对校本程序进行编译，同时用人机界面对数据的几率、存储等情况进行显示，最后将软件和数据可连接起来。这种功能使数据记录和存取的便利性得到大大的提高，同时还完成了对数据可的属性设置。
值得一提的是，对数据进行采集的时候要遵循一个重要的原则，探测元件与要采集的内体要尽量靠近，以减少传导中的误差，避免这些误差对数据真实性的影响。在传输中还可以使用光纤等新技术，这种新技术的应用可以达到准确的目的同时又不会使误差造成系统的误动作。
2.2监控设计
在自动化系统中的监控最常见的方式有三种：远程监控方式、集中监控方式和现场总线监控方式。其中几种监控方式便于系统运行的维护管理，对系统的设计比较容易，也没有较高的要求和标准。远程监控方式的优点主要有对资源能够起到节约监控的目的，同时具有较高的可靠性，并且在实际的应用中可以体现出组态灵活的优势，还可以实现对电缆、附属材料的节约利用。现场总线监控方式是当今条件下一种比较符合时代特征的监控方式，它可以实现远程监控，使监控的连接线路缩短，在这种方式上可以很好的体现出智能化的特点。同时为网络控制系统的发展奠定了基础。
2.3现地控制单元
自动化系统现地控制单元的实际采用了计算机软件和硬件等先进的技术，确保了各项标准都能符合指标要求。随着科技的不断发展，计算机在不断的更新换代，系统的规模也应该随着计算机的更型换代得到扩展与升级，维护方面要具备自我诊断和自我恢复的功能，避免因为人员操作失误造成的损失。现地控制单元的设计主要包括对机组设备的调节和将控制；对机组控制单元顺序的控制；数据通信要保持通畅；要有自我诊断的功能。
3结语
综上所述，对自动化控制系统进行设计的时候，要将采集到的数据及时的输送到上位计算机中，对整个运行流程实现实时监控，根据数据对系统运行状况进行判断。还要根据各种方式的运用，使系统工作的效率得到提高，减少维护故障率，在新技术的帮助下，实现计算机对整个系统的配置与设计。
参考文献
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作者简介
汪诗雯（1985-），女，安徽省歙县人。大学本科学历。现为柳州市人民医院助理工程师。主要研究方向为电子信息工程。
关键词：楼宇自动化控制网络现场总线控制系统以太网楼宇自动化系统
目前日益流行的智能建筑(InteUigentBuidings)是建筑技术与计算机信息技术相结合的产物，是信息社会的需要，也是未来建筑发展的方向。智能建筑主要由楼宇自动化系统(BuidingAutomationsystem，缩写为BAS)、通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)三大系统组成。其中，楼宇自动化系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分。楼宇自动化系统是利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种设备连接到一个控制网络上，通过网络对其进行综合的控制，这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设备、安防设备等等。它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求。
2现场控制系统FCS的出现以及在楼宇自控中的应用
上个世纪七八十年代，伴随着计算机可靠性提高，价格大幅下降，出现了由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的分布式控制系统(DistributedControlSystem，简称DCS)。DCS是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种综合控制系统。它的测量变送仪表一般是模拟仪表，因此它属于一种模拟数字混合控制系统，这种系统较以前的各种控制系统有了较大的进步。DCS在工业自动化控制领域获得了广泛的应用，也开始应用到楼宇自动化控制领域。但是DCS存在如下一些缺点：
(1)安装费用高。采用一台仪表、一对传输线的接线方式，导致接线庞杂、工程周期长、安装费用高、维护困难；
(2)可靠性差。模拟信号传输精度低，而且抗干扰性差；
(3)系统封闭。各厂家的产品自成系统，系统封闭、不开放，难以实现产品的互换与互操作以及组成更大范围的网络系统。
上个世纪90年代以来，随着控制技术、计算机技术、通信技术的发展，出现了基于现场总线的控制系统(FCS)，FCS克服了DCS的缺点，它是一种全数字化的、全分散的、全开放、可互操作和开放式互连的新一代控制系统。目前，现场总线技术已经成为自动化技术中的一个热点，备受国内外自动化设备制造商与用户的关注。FCS极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。与传统的DCS(分布式控制系统)相比，FCS具有可靠性高、可维护性好、成本低、实时性好、实现了控制管理一体化的结构体系等优点。现场总线的出现，为工业自动化带来了一场深层次的革命，从而开创了工业自动控制的新纪元，被誉为自动化领域的计算机局域网。鉴于FCS的许多优点，控制专家们纷纷预言“FCS将取代DCS成为2l世纪控制系统的主流。”现在，FCS已经被应用到楼宇自动化控制领域。
2．1应用于楼字自动化领域的几种现场总线
由于诱人的市场商机和不同的应用领域的存在，世界一些大公司或公司联盟纷纷提出自己的现场总线协议标准。据不完全统计，目前国际上有40种宣称为开放型的现场总线标准。这些协议根据国际标准化组织(ISO)的计算机网络开放式互连系统的OSI参考模型来制定的。大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。于是现场总线呈现杂乱纷呈的局面。在这些现场总线中不乏优异的现场总线，如CAN、Modbus、Profibus、Lonworks、BACnet、DeviceNet等等。其中Lonworks、BACnet、CAN、EIB等现场总线在楼宇自动化领域获得了、较广泛的应用。尽管基于现场总线的Fcs克服了DCS的许多缺点，但还是有一些不如人意的地方，最明显的缺点：多种现场总线并存而互不兼容，导致FCS的可互操作性只能在同一种现场总线系统中实现。后面将对FCS的缺点做进一步说明。
(1)LonWorks
美国Echelon公司1991年推出了LON(Local0penationNetworks)技术，又称Lonworks技术。它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持，已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。具体地说LonWorks具有以下优点：
①网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂的现场环境，方便现场布线；
②支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率：78bps和1．25Mbps，最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定，一般可从500m到2700m。可接人的节点最多为32385个；
③完善的珏发工具。提供完善的系统开发环境，采用开放的NEURONC语言，它是ANSIC语言的扩展；
④无主的网络系统。LonWorks网络中各节点的地位相同，网络管理可设在任一节点处，并可安装多个网络管理器；
⑤开发LonWorks网络节点的时间较短，也易于维护。LonWorks采用的LonTalk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中，这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间，也方便维护。
同其它现场总线一样，LonWorks也有自身的缺点。首先，LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全开放性也受到一些质疑。尽管LonWorks存在一些不足，但是LonWorks的FCS还在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。世界上有2万多家OEM厂商生产LonWorks相关产品，其中种类已达3500多种。目前世界上已安装有500多万个LonWorks节点，LonT~k协议也被接纳为欧洲CENTC247、CENTC205的一部分。自1996年以来，LonWorks也开始在国内获得大量的应用。在建设部的支持下，国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于LonWorks的楼宇自动化控制系统，并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。
(2)BACnet
BACnet是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。它代表了智能建筑发展的主流趋势。BAcnet不是软件或硬件，也不是固件，严格地说，BAcnet并不是现场总线，而是一种网络协议，即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。BACnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。BACnet采用了Etherent、ARCNET、MS／TP、PTP、LonTalk五种网络技术进行通信。可根据系统通信是和通信速度选择不同的网络技术。相对其它现场总线，BACnet标准最大的优点是可以与Etherent、LonWorks等网络进行无缝集成。不过BACnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题设计，并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。BACnet标准已在全球得到了广泛的应用，全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。BACnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中唯一的ISO标准。虽然我国是WTO和ISO成员国，但是BACnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小，而且在工程中采用的BACnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的，还没有真正意义上的国产化BACnet相关产品。
(3)CAN
CAN总线最初是德国Bosch公司为汽车监控控制系统设计提出的，现在它已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。CAN具有以下优点：
①采用8字节的短帧传送，故传输时间短、抗干扰性强：
②具有多种错误校验方式，形成强大的差错控制能力。而且在严重错误的情况下，节点会自动离线，避免影响总线上其它节点；
③采用无损坏的仲裁技术；
4CAN芯片不但价格低而且供应商多。
CAN缺点是：CAN总线上最多可挂接110个节点，这不完全能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展，相对其它一些现场总线，CAN总线技术比较简单，CAN相关产品的开发费用也远远低于其它现场总线技术产品的开发费用。因此，很早国内就有一些企业推出了基于CAN总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了$2000楼宇自控系统。
(4)EIB
EIB是欧洲安装总线(EuropeanInstallationBus)的缩写。它在1990年被提出，经过十多年的发展，成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准，在欧洲得到了进300家厂商的支持。1999年EIB被引进中国的智能化建筑领域，并在上海同济大学建立了EIB认证技术培训中心。在短短的几年里，国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用，如厦门国际会展中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。国内的EIB项目基本上被ABB公司和SIMENS公司所垄断。
3以太网开始进入楼宇自控领域
以太网发展至今已有20年历程，作为局域网组网的主要技术，以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展等优点一直在局域网领域中牢牢占据着统治地位。近年来，以太网技术获得了快速地发展。交换型和全双功以太网的出现，克服了传统以太网的共享公共传输媒体和半双功传输的弱点，实现了站点独占传输媒体并同时收发数据，也减少了网络上的数据碰撞。以太网的标准不断更新和扩展，目前的以太网不仅在物理层(包括拓扑结构、传输速率、传输媒体)，并且在数据链路层与原来的传统以太网标准有了很大的进步，以太网标准系列已扩展成20余个。现在已太网不但由局域网向着接入网和城域网领域发展，同时开始进入工业控制和楼宇自控领域。新的IEEE802．3af标准开始对以太网供电作出了规定，它消除了以太网技术进入现场控制领域的一个严重障碍。目前，3Com、华为、DLINK等公司开始提供符合IEEE802．3af标准的交换机产品。另外，一些现场总线的协会或组织也开始提出基于其现场总线的开放式以太网标准，即工业以太网标准，如ODVA(开放DeviceNet供货商协会)和CI(ContolNet国际组织)的EtherNet／IP标准、FF(现场总线基金会)的HSE(Hig}lSpeedEthemet，高速以太网)、Profibus国际组织的ProfiNet。支持这些工业以太网标准的交换机、网卡等产品也开始出现，如MOXA公司的EDS-508系列工业以太网交换机(支持EtherNet／IP)、北京航天华辉自动化技术有限公司的AnyBus-SIO／100M(支持Ethemet／IP和Modbus／TCP)等。美国VDC(VentureDevelopmentCorp．)调查报告指出，Ethemet在工业控制领域中的应用将越来越广泛，市场占有率将从2000年的ll％增加到2005年的23％。
伴随着以太网技术在工业控制领域的成功应用，以太网技术也必将越来越多地渗透到楼宇自控领域。目前，以太网多用于基于现场总线的楼宇自控网络集成到智能建筑中的信息网(如图l所示)，在一些新开发的楼宇自控系统中，以太网直接进入了控制层，如北京楼宇自动化中心开发的基于以太网的ENC-2001IP智能建筑测控系统。ENC-200liP控制系统的结构如图2所示。一般的空调、照明等系统通过ENC参量控制模块集成到以太网上；带有RS232或RS485接口的系统通过网关转换模块集成到以太网上；IP电话以及IP摄像机直接连接到以太网上。
在楼宇自控网络中采用基于现场总线的FCS的优点是：
①可靠性、实时性好。现场总线为工业控制设计
图1楼宇自控网络集成到信息网的，有屏蔽、接地与防爆等措施，同时其实时性也比采用CSMA／CD的以太网的时实性好；
②用户的投资成本低。现在，开放的现场总线技术已经比较成熟，有很多公司提供的相关产品可供选择。其缺点是：实现现场总线无缝接人以太网复杂，当多种现场总线共存在一个系统中时，集成起来更复杂，系统的扩展性差。
在楼宇自控网络中采用以太网的优点是：实现了从管理层(信息网)到现场设备控制层(控制网)的“一网到底”，即实现人们期望的通信协议的兼容和统一；这样系统扩展起来也比较方便；与智能建筑中其它系统(信息网通信自动化系统和办公自动化系统)集成起来更加容易。其缺点是：首先，目前开发基于以太网的控制系统产品的难度较大，开发费用和成本相对还是较高，用户可以选择的厂商也很有限，垄断利润较高，研发成本还没有被消化，这些都导致产品价格过高。其次，以太网的实时性、可靠性等方面还有待进一步完善。
4结束语
就目前而言，不管是应用在楼宇自控网络中的基于现场总线的FCS还是以太网，都有其优点和缺点。随着时间的推移和技术的进步，它们也必将会被进一步完善。据统计，我国目前有从事楼宇自动化业务的企业3000家以上，产品供应商约3000家。另外，随着我国绍济的快速发展和人们生活水平的不断提高，建筑和社区的数字化建设正在兴起，FCS和以太网都必将在楼宇自控领域中获得更广泛的应用，在今后相当长的时间内，两者在竞争的同时也将继续并存。
参考文献
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【关键词】ZigBee技术，智能楼宇，节能控制系统
一、前言
ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低复杂度的无线网络技术;随着我国物联网正进入迅速发展期，ZigBee也正逐步被越来越多的用户接受，并且也已在部分智能传感器场景中进行了应用。建筑技术与信息技术的相互渗透，相互结合和迅猛发展，产生了新的建筑类型――智能楼宇。
二、ZigBee技术简介
ZigBee是一个低成本、低功耗的无线网络标准，它的低成本使之能广泛用于无线监控方向的应用;它的低功耗使之能有更长的工作周期;它所支持的无线网状网络使之能有更强的可靠性和更广的覆盖范围。
ZigBee协议的物理层和MAC层直接采用的是IEEE802.11.4的标准，即物理层（PHY）采用直接序列展频（DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS）技术，以化整为零的方式将一个信号分为多个信号，再经由编码方式传送信号，避免干扰。在媒体访问控制层（MAC），主要是沿用IEEE802.11系列标准的CSMA/CA方式，以提高系统兼容性。ZigBee的高层协议则由ZigBee联盟所主导，定义了网络层（NetworkLayer）、安全层（SecurityLayer）、应用层（ApplicationLayer）及各种应用产品的资料（Profile）。
ZigBee网络由可多到65000个无线数传模块组成一个无线数传网络平台，十分类似于现有的移动通信的CDMA或GSM网络。在整个网络范围内，每个ZigBee网络数传模块类似于移动网络基站，网络节点间可以相互通信，通讯距离从标准的75米可扩展到几百米甚至几千米，并且支持无限扩展。同时整个ZigBee网络还可与现有的其他网络进行相互连接和互相通信。但和CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为传输自动化控制数据而建立，而移动通信网CDMA网或GSM主要是为语音通信而建立;移动通信网的每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZigBee“基站”却不到1000元人民币，所以具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。另外每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个ZigBee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。
三、系统的硬件、软件设计
由于ZigBee无线网络包含大量的传感器节点，而各个节点基本都是用携带能量有限的电池来供电，因此为每个节点设计的硬件电路应尽可能减少电能的消耗。信号采集终端节点的主控芯片采用TI公司的CC2530低功耗射频芯片，该芯片支持ZigBee协议的SOC解决方案。路由器节点主控制芯片采用TI公司的MSP430F435低功耗单片机，它可以与ZigBee射频芯片CC2530通过SPI缝连接，方便路由器节点的实时监测控制。
1、硬件电路图
（一）、信号采集终端节点硬件设计
信号采集终端节点采用德州仪器的ZigBee无线射频芯片CC2530，它具有以下特点：（1）、RF/布局：适应2.4GHzIEEE802.14.4的RF收发器，极高的接收灵敏度和抗干扰性能，可编程的输出功率高达4.5dBm，只需极少的外接元件，只需一个晶振即可满足网状网络系统需要;（2）、低功耗：主动模式RX（CPU空闲）工作电流为24mA，主动模式TX1dBm（CPU空闲）工作电流为29mA，4μs唤醒（0.2mA），睡眠模式（1mA），宽电压范围（2V-3.6V）;（3）、微控制器：优良的性能和具有代码预取功能的低功耗8051微控制器内核，32，64或128KiB的可编程闪存，8KiBRAM具备在各种供电方式下的数据保持能力，支持硬件调试。（4）、外设：强大的5通道DMA，整理定时器（一个16位定时器，一个8位定时器），具有捕获功能的32kHz睡眠定时器，电池监视器和温度传感器，具有8路输入和课配置分辨率的12位ADC，2个支持多种串行通信协议的强大USART，21个整理I/O引脚。
信号采集终端节点硬件主要包含无线射频芯片CC2530、温湿度传感器SHT21（盛世瑞恩公司的温湿度传感器系列）、光照传感器和人体红外传感器XSC-ME003。硬件电路图如图4所示。
SHT21是Sensirion公司新一代的温湿度传感器，完全校准的数字输出，数字信号输出，I2C接口，低功耗，它具有极高的可靠性、抗干扰性和稳定性。SHT21配有一个全新设计的CMOSens芯片、一个经过改进的电容式湿度传感元件和一个标准的能隙温度传感元件，其性能已经大大提升甚至超出了前一代传感器（SHT1x和SHT7x）的可靠性水平。SHT21的分辨率可以通过输入命令进行改变（8/12bit乃至12/14bit的RH/T），传感器可以检测到电池低电量状态，并且输出校验和，有助于提
高通信的可靠性。由于以上特性，SHT21温湿度传感器被广泛应用于数据记录、家电产品、自动控制、测试及检测设备等多种领域。光照传感器（Photo-sensor）是一种光电导器件，具有光电导效应，受到光辐射以后，电导率会发生变化，引起其电阻值发生相应的变化，入射光变强，则电阻变小。电路采用分压方式进行，采集传感器的电阻在亮暗之间的变化的电阻分压值。
它通过CC2530自带的ADC转换通道进行AD转换，得出光照强度。人体感应模块采用XSC-ME003，其工作电压为DC4.5-20V，该传感器模块可全自动感应，即当人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。其输出管脚与CC2530的P0.0管脚相接，配置CC2530的P0.0口的I/O外部中断功能，有上升沿脉冲来临的时候，外部中断唤醒，进行相应的数据处理，并将数据发给路由器节点。
（二）、路由节点硬件设计
路由器节点主控制芯片采用德州仪器的低功耗单片机MSP430F435，它的主要参数如下：（1）低电压供电：1.8V-3.6V;（2）超低功耗：活动模式：在1MHz2.2V情况下工作电流为280μA，待机模式1.1μA，掉电模式（RAM数据保持）0.1μA;（3）5种省电模式;（4）从待机到唤醒模式响应时间不超过6μs;（5）16位精简指令系统，指令周期为125ns;（6）12位A/D转换，具有内部参考电压，采样和保持以及自动搜索功能;（7）带有3个捕获/比较寄存器的16位定时器;（8）片内比较器;（9）串行通信接口（USART），选择异步UART或同步SPI软件通信;（10）掉电检查;（11）集成LCD驱动器，最多160段。
路由节点硬件电路图主要包含单片机MSP430F435最小系统、CC2530无线收发模块、液晶显示模块、AT24C04存储器和RTL8019AS以太网模块。硬件电路图如图5所示。在图5中，AT24C04是EEPROM存储器，RTL8019AS是以太网芯片。
2、软件设计
建立ZigBee星状网络拓扑结构的软件开发是在TI公司Z-Stack的基础上进行的。程序的主流程图见图6
建立星型网络拓扑要进行信道配置和网络的PANID配置。信道配置：每一个设备都必须有一个DEFAULT_CHANLIS来控制信道集合。
对于一个ZigBee协调器来说，这个表格用来扫描噪音最小的信道。对于终端节点和路由器节点来说，这个列表用来扫描并加入一个存在的网络。例如，需要将当前的信道修改为信道14，修改方法如下所示：
//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00008000
//15-0x0F
-DDEFAULT_CHANLIST=0x00004000
//14-0x0E
网络的PANID配置：这个可选配置项用来控制ZigBee路由器和终端节点要加入哪个网络，即给节点分配网络ID号。Z-Stack工具中的ZDO_CONFIG_PAN_ID参数可以设置为一个0～0x3FFF之间的一个值。协调器使用这个值，作为它要启动的网络的PANID。而对于路由器节点和终端节点来说只能加入一个已经用这个参数配置PANID的网络。如果要关闭这个功能，只要将这个参数设置为0xFFFF。
例如，需要修改PANID为0x0001，修改方法如下所示：
-DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0x0001
如果-DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0xFFFF表明系统启动后会自己选择一个PANID。由于每个信号采集终端都是采用电池供电，为了使系统节点的寿命得以延长，本系统采用阈值触发机制和睡眠唤醒机制，采用睡眠机制的目的是降低系统节点功耗，可以设置节点的大部分时间都处于睡眠状态，而节点处于睡眠状态的功耗不超过1μA;通过外部异常中断唤醒或定时唤醒，采集传感器数据并发送至路由节点，数据发送完毕之后该节点又重新进入睡眠模式。
四、结束语
智能楼宇的特点有系统高度集成、节能、节省运行维护的人工费用、安全舒适和便捷。建立ZigBee无线传感网，对楼宇各个位置的环境进行实时监控，包括温度、湿度、光照强度和人体红外信息，达到减少楼宇的能耗，并且能让办公环境更舒适。
参考文献
[1]宫周鼎.智能建筑设计与建设[M].北京：知识产权出版社，2010
【关键词】智能建筑；楼宇自动化控制系统；空调系统管理
1前言
建筑中的自动控制系统在其中占有着非常重要的组成部分。它有着以下几方面的优点，第一能够有效的节约能源，第二能够确保设备的运行处于安全的范围，第三能够创造安全的工作环境。以上的这些优点使得当代的建筑已经发展为智能的建筑，发展为会为人类思考的建筑。
2自动控制系统的发展历程
随着自动控制技术的不断发展与进步，建筑内的自动控制系统也随之发展而来。在我国建筑行业的发展过程中，楼宇的自控系统经历了以下几个阶段的发展。第一个阶段是集中式控制系统，第二个阶段是集散式控制系统，第三个阶段是现场总线控制系统，第四个阶段是网络集成系统［1］。
3自动控制系统的发展趋势
智能化的自动控制系统，尤其是有着集成能力的自控系统这一概念出现的时间较短。故此，在系统的选型讨论时往往存在着一些争论。自动控制系统主要是由以下两方面结合产生的，第一方面是计算机的控制技术，第二方面是通信技术。所以，建筑的自动控制系统必定是会采用计算机领域的最新研究技术。
4自动控制系统在建筑工程中的应用
4．1工程概况苏州的南溪江路商务中心地处苏州吴中区，总建筑面积在十二万平米左右，建筑高度高大85．3米。主要有以下几方面的功能，第一就是商业功能，第二就是作为办公写字楼的功能，第三就是作为五星级酒店功能，第四可以作为地下停车场。其中该建筑采取了自动控制系统以达到能够对建筑进行智能管理的目的，下文主要介绍空调能耗管理系统在建筑中的应用。4．2设计依据采用国家规范标准进行建筑设计，如建筑设计防火规范、防雷设计规、智能建筑设计标准规范、低压配电设计规范等。4．3设计目标4．3．1一次设备的运行能够达到设计的标准“一次设备”指的是能够体现其使用功能的设备，如锅炉、电梯、路灯等能够直接方便用户使用的设备，建筑的自动控制系统就是控制类似以上的设备来为用户进行服务的，故此我们也可以称自动控制系统的设备为“二次设备”。楼宇的自控系统最主要的目的是能够保证“一次设备”的运行达到设计的要求，确保南溪江路商务中心获得舒适的工作环境。4．3．2降低设备的使用能耗在当代建筑工程中，为了尽最大可能的去满足用户的需求，机电设备在建筑中占据着越来越重要的地位，而这些机电设备的能耗也是建筑运行所要支出的主要部分。据调查研究发现，仅仅中央空调的能耗就在建筑中占据其中的百分之四十以上，在楼宇内采取自动控制系统有助于节约能约能耗，节省运行资本。4．3．3方便物业的管理为了给南溪江路商务中心大楼提供一个较为舒适的工作环境，那么其中的机电设备必然数量较多，然而由于这些设备分布较为分散，那么就会使得这些设备的管理非常困难，采用自动控制系统有助于物业管理者能够采用远程控制的方法来减轻工作人员的劳动强度，实现物业管理的现代化。对于那些使用较为规律的设备，我们可以用电脑时间程序管理来进行控制。4．4设计原则4．4．1合理性合理的自动控制系统不但能够满足用户的需求，更是以系统的实用为主要目标来对南溪江路商务中心进行控制。4．4．2先进性采用最为先进的技术来进行设计，方便日后的使用过程中能够跟踪行业的发展。4．4．3开放性不但能够兼容其他的设备监控，并且用户能够自主的选择其他的系统来进行更新维护。4．4．4友好性有些系统较为复杂那么就需要专业的操作人员来进行操控管理，而该软件的友好性则是使用较为简单，方便工作人员操控管理。4．5系统原理此次设计运用的是新型的集散控制系统，将其中的控制功能进行分配，分配到每个控制回路，并体现在现场的仪表之中，进而提升系统的可靠性，从而达到分布式的控制。本系统分为以下三个层面，第一层是设备层，第二层是控制层，第三层是管理层。主要的监控对象大体分为以下几类，第一是PAU空调系统，第二是水泵设备，第三是电梯设备等。南溪江路商务中心大楼的BA系统的监控设置在一楼的监控中心之内，大楼中共设有30多台空调机组，当中有5台采取了变频机组。一般而言，变风量空调的原理是送风传感器或者回风传感器来进行冷水、热水调节阀的控制，于此同时可以依据需要来进行风管电加热的分级调节，然后设置高温保护开关，当开关动作时，就需要对电加热器进行关闭操作，当风机停止运转时，要对电动二通阀进行关闭操作。对组装式空调器进行控制时，由室内温度来进行控制调节，调节冷水、热水的电动二通调节阀。然后设置高温保护开关，开关的设置在电热器后面。当开关动作时，就需要对电加热器的电源进行关闭处理，当风机处于停止的状态时，要将电动二通阀进行关闭处理。需要注意的是，风机开，电加热器才能进行开启处理。随着过滤器的阻力发生改变时，可以通过控制变频器来维持风量，以达到保证换气的稳定，进而延长过滤器的使用期限。4．6供电电源系统电源是由及控制室的配电箱引接进来，容量为三相5kw。DDC数字控制器安装在各空调机房内部，电源就通过最近的配电箱进行引出，容量为单向0．5kw。4．7电气接地在一栋建筑物中，其供电配电的设计至关重要，影响整个建筑物的有效使用。在其中，接地系统在其中占据着非常重要的组成部分，因其能够对供电系统的安全运转有着最直接的影响。尤其是近些年来，随着科技的不断进步与发展，建筑内的自动控制系统在给我们带了了巨大的方便的同时也产生了一些问题。在南溪江路商务中心大楼的工程中，采用的是TN－S系统。在进行系统的设置时，要注意以下几点问题，第一是它的工作零线，第二是其专用的保护线，第三是它们相连接的位置，以达到保证智能化建筑的安全。
5结语
建筑内的自动控制系统在智能化建筑中扮演着极其重要的角色，它能够实现整个建筑的智能化服务。智能化建筑的设计施工需要许多单位进行协调配合，如施工单位、业主、设计单位等。通过在建筑内设置自动控制系统，有助于实现整个建筑的节能效果。在今后的建筑业的发展过程中，建筑内的自动控制系统的发展也将会越来越成熟。
参考文献:
1系统的总体设计
1.1系统总体结构办公楼宇用电信息采集与节能控制系统是一套基于互联网的建筑智能用电监测控制系统。其中，设在电力部门的建筑智能用电及能源优化监控中心，通过互联网连接的方式对所管理的大厦进行用电电器在线监测及能源调度信息的监测，并可以对权限内的用电电器进行完全控制(可深入到房间内部具体的灯具开关等)。整个系统的框架是一个Internet网，每一座楼宇都有一个楼宇监控中心计算机，负责整个楼宇的用电信息监测和相关设备控制，每个中心计算机都是通过路由器与外部的Internet网相连，并与总的监控中心进行交互信息，从而配合监控中心实现各项监测和控制功能[2]。系统的网络结构如图1所示。
1.2系统组成楼宇内部是一个以局域网、ZigBee、CAN、WiFi为主要通信方式的立体网络结构。楼宇内部的系统组成部分有：楼宇智能用电及能源优化监控中心、数据服务器、楼层多媒体网关、房间控制器、智能传感器(安防、温度、湿度、光照、电量等)、智能照明系统、智能电器系统(空调、窗帘、插座等)、热水优化控制系统、电能优化控制系统、热能优化控制系统[3]。楼宇的电器用电及能源优化的系统结构如图2所示。监控中心计算机通过局域网与楼层多媒体网关、热水优化控制系统、电能优化控制系统、热能优化控制系统进行信息传输，立体网络可通过交换机进一步扩展。在每一楼层设有一个楼层多媒体网关，它由无线路由器和一个楼层网关组成。无线路由器主要负责WiFi摄像头的视频接入，并可以通过LAN上传监控视频；楼层网关的功能是通过ZigBee通信将每个房间的信息收集起来，再通过LAN上传；也可以将来自于LAN的信息和命令通过ZigBee通信透过房间控制器传递给房间的受控设备，以实现用电设备控制和信息采集[4]。
2电器控制模块设计
2.1总体设计本设计是基于ZigBee、以MSP430单片机系列(本文是选用MSP430F149)作为最小系统的电器控制模块设计的主芯片，该系统包括：1）智能开关模块。触摸智能控制灯具的开关，可实现电量测量；可通过ZigBee对灯具实时控制；可通过ZigBee对电量、灯具状态进行读取。组成智能开关的模块有MOC3041光电耦合器。光耦合器的主要优点是：输入端与输出端完全实现了电气隔离，使用寿命长，单向传输信号，抗干扰能力强，传输效率高。它被广泛用于级间隔离、电平转换、远程信号传输、信号隔离、开关电路、脉冲放大、固态继电器(solidstaterelay，SSR)、仪表仪器、通信装置及微型计算机接口中。2）智能调光开关模块。调光模块可以通过ZigBee对灯光进行亮度的控制，用一个双向可控硅调光电路实现，具体包括：可控硅、功率调整电阻、滤波网络、触发电路、电位器和温度保险丝[5]。3）智能遥控器。可通过ZigBee对房间内的灯具、电气设备、插座实施控制；可实现简单的自定义组合场景控制，如全开、全关、影视模式等；电池供电、可移动控制。智能遥控器最主要的组成部分是智能红外技术，包括：①红外接收模块：一体化红外接收头1838T没有收到红外信号时，1838T为高电平输出，当收到红外信号时，输出为低电平与高电平交替的脉冲。②红外发射模块：二极管和电阻电源组成二极管与门电路，发光二极管作为红外发射管。③数据存储模块：选取的Flash存储器为SST25VF016B，其为16MbitSPISerialFlash，它在单电源2.7~3.6V下可进行读、写和擦除操作。
2.2MSP430F149最小系统TI(德州仪器)公司的MSP430系列微处理器，是一种16位超低功耗的混合信号处理器，可以用电池供电长时间工作。它将许多外设模拟电路和常用的数字模块集成在芯片内部。通常对于一般实际应用单芯片就可以满足要求，这样可以有效降低电路的复杂性，节约PCB板的空间，提高系统的稳定性。MSP430系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大，将其用于便携式测量设备中，可以延长电池寿命[6]。MSP430F149的(centralprocessingunit，CPU)主要包括以下模块：基础时钟、Timer_A、Timer_B、12位A/D转换器、6个8位并行端口(其中P1、P2具有中断功能)、模拟比较器COMPARATOR_A、看门狗定时器、2通道串行通信接口(通过软件选择UART/SPI模式)、1个硬件乘法器、1个Flash以及2KB的RAM。MSP430F149微处理器最小系统的电路如图4所示。所示电路中，XIN和XOUT之间的低速晶体采用32768Hz的手表晶体，X2IN和X2OUT之间采用8MHz的高速晶体。
2.3ZigBee红外转发模块设计红外转发器的功能决定了它主要由主控模块、红外接收模块、红外发射模块和数据存储模块四部分组成。红外转发模块的系统框图如图5所示。ZigBee无线传输选用的芯片是CC2530芯片，设计的电路原理图如图6所示。CC2530全部引脚可分为电源线引脚、I/O端口线引脚和控制线引脚三类。I/O端口线引脚功能为：CC2530有21个可编程的I/O口引脚，P2口只有5个可使用的位，P0、P1口是完全的8位口。通过编程设定一组SFR寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通常的I/0口或作为连接ADC、计时器或USART部件的设备I/O口使用。红外接收电路如图7所示。一体化红外接收头1838T共有3个引脚：供电脚，接地和信号输出脚。因为1838T内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在供电脚上加上滤波电容C5。信号输出脚接到CC2530的P0_6引脚，P0_6为定时器1、通道4的捕获/比较引脚，这里使用的是捕获功能，用来捕获红外信号。没有接收到红外信号时，1838T为高电平输出，当接收到红外信号时，输出为高电平与低电平组成的脉冲信号。红外发射电路如图8所示。D4、D5、R4和VCC构成二极管与门电路，LED1为红外发射管。CCP1接CC2530的P0_4引脚，用来输入对家电的控制(如空调开)所对应的编码信号，CCP2接CC2530的P1_4引脚，用来输入红外发射所需的38kHz的载波信号。当CCP1和CCP2同时为高电平时，三极管导通，红外发射管发射红外信号；CCP1和CCP2有一个为低电平三极管就截止。当三极管导通时，正确选取R4和R5的阻值，使其工作在饱和状态，此时红外发射管的发射功率最大。
2.4智能灯光墙面开关设计无线智能开关可以直接代替家中的普通开关，通过它不仅可以像普通开关一样使用，更重要的是它可以通过ZigBee模块和建筑中的其他无线设备自动组成一个无线控制网络。无线智能开关中的照明控制电路采用光耦控制双向可控硅的控制电路[7]。从使用年限和开关速度上分析，选用晶闸管BTA16作为控制电路中的的主要器件。断开状态下BTA16器件的峰值电压最大为600V，通态状态下的通态电流为16A；当BTA16导通时，其维持电流约为40mA，关闭电流约为20mA，且电流上升速率最大为50A/µs，电压上升速率为250V/µs。其优越的特性非常适合用于变频电路、开关电路和调温电路等。为实现BTA16器件控制强电的目的，必须考虑到电路中强弱电之间的电气隔离问题。光耦既能满足解决控制信号的传输问题，同时也能解决电气隔断问题。光耦内部通过传输光的特性进行隔离输入侧与输出侧之间的高压；光耦不仅能传输直流信号，还能传输交流信号，同时输出侧具有一定的电流输出能力。无线智能开关中光耦采用MOC3041光耦芯片，此芯片输入端驱动电流为15mA，在微处理器输出端采用两级电流驱动电路，确保控制信号能够稳定输出。如开关电路如图9所示。
3节点通信程序设计
无线传感器节点在上电完成程序初始化以后，向网关设备发送登录请求，网关回复节点的登录请求并分配相应的网络地址，地址从01开始分配，随后节点进入等待同步的状态。当收到网关发送的同步帧后，节点进入传感器数据采集和处理状态，在完成传感器的数据采集和处理后，将数据进行打包封装，如果节点地址等于01，则直接发送数据，如果节点地址大于01，节点先进入休眠状态，等发送时隙到来时唤醒节点发送数据。发送完数据后等待网关确认，如果在时隙结束时收到网关确认则直接进入休眠状态，如果在时隙结束时未收到网关确认则第二次发送数据，第二次数据发送完成后则再进入休眠状态，直到下个周期到来前唤醒，等待同步帧开始下一个工作周期。节点应用程序的流程如图10所示。
4结论