摘  要： 將樓宇中的電力,、照明,、空調(diào)、給排水,、保安,、通信和廣播等多方面的設(shè)備通過現(xiàn)場總線聯(lián)接進行控制與管理是樓宇智能化的一個主要的發(fā)展方向，本設(shè)計利用對上位機和下位機的軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計來實現(xiàn)樓宇智能化控制,達(dá)到預(yù)期的效果,。
關(guān)鍵詞： 通信技術(shù),； 智能技術(shù),； CPU； DDC

　DDC系統(tǒng)的全稱為直接數(shù)字控制器,，是從PLC和FCS系統(tǒng)中派生出來的,，它是用于監(jiān)視和控制系統(tǒng)中有關(guān)機電設(shè)備的控制器，一個完整的控制器應(yīng)具有相應(yīng)的軟硬件,，才能夠獨立完成相關(guān)控制,。因此，DDC系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)符合以下要求：
   (1)以16 bit或者32 bit微處理器為核心的可編程DDC,；
   (2)具有可脫機控制的獨立運行或聯(lián)網(wǎng)運行能力,；
   (3)具有獨立的電源模塊；
　(4)具有通信模塊,；
　(5)DDC具有LED顯示模塊,，具備單獨的后備電源，當(dāng)外電斷開時,，能使RAM中的數(shù)據(jù)在60天內(nèi)不丟失,。
　(6)當(dāng)外電重新供應(yīng)時，在無需人工干預(yù)的情況下,，DDC能自動恢復(fù)功能,。
　為了達(dá)到上述要求，本設(shè)計采用依據(jù)IEC61131-3[1]標(biāo)準(zhǔn)定義的編程模塊和IEC61131-5[2]定義通信模塊及多種現(xiàn)場總線CAN的FCS來實現(xiàn),；引入模塊化和開放設(shè)計理念,，將整個系統(tǒng)分為上位機和下位機兩大模塊。其中上位機主要完成通信管理和控制功能,，而下位機則實現(xiàn)功能模塊的執(zhí)行,、系統(tǒng)管理、變量通信,、用戶程序的通信[3]并可根據(jù)用戶的需要進行I/O擴展等內(nèi)容,。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
　該系統(tǒng)按功能可分為現(xiàn)場層、控制層,、管理層3個部分,，現(xiàn)場層由下位機完成，主要通過傳感器實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集,，各執(zhí)行器,、傳感器、儀表與控制系統(tǒng)是通過CAN總線完成的相互之間的聯(lián)接,；而控制層和管理層兩個功能是由上位機實現(xiàn)的,，其中控制層由DDC控制器組成，完成整個系統(tǒng)的控制,，管理層則由服務(wù)器,、數(shù)據(jù)庫,、管理員和操作員站組成，主要實現(xiàn)人機對話,、對相關(guān)數(shù)據(jù)管理等功能。系統(tǒng)方框圖如圖1所示,。
1．1 上位機編程軟件模塊
　    上位機由工程師站,、數(shù)據(jù)庫及操作員站和遠(yuǎn)程管理站組成，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶自定義功能的C/C++編輯調(diào)試界面,，支持?jǐn)U展DDC支持的硬件單元,，對I/O映射表單元進行修改等滿足DDC需要的體系結(jié)構(gòu)。其上位機的軟件開發(fā)界面[6]有菜單,、工程管理欄,、編輯欄、狀態(tài)信息欄等欄目,，該界面具有直觀,，易操作的特點。
1．2 下位機模塊硬件系統(tǒng)
　硬件系統(tǒng)由一系列模塊組成,，包括CPU模塊（解題模塊和PP通信程序）,、MODBUS總線模塊、智能模塊,、通信模塊和I/O模塊等等,各模塊之間的關(guān)系如圖2所示,。模塊中CPU處理數(shù)據(jù)量最大。傳感器采集來的數(shù)據(jù)經(jīng)過I/O接口,，通過映射表映射到下位機CPU的內(nèi)存表,，CPU直接對內(nèi)存數(shù)據(jù)進行處理，并經(jīng)過總線告之上位機,。

1．2．1  CPU[4-5]模塊功能要求
　(1)管理功能：對采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行處理,、管理。
　(2)通信功能：利用CPU中的接口UBS,、RS232,、RS485、CAN等總線及相關(guān)的通信協(xié)議實現(xiàn)與上位機通信的功能,。
　(3)執(zhí)行功能：執(zhí)行上位機經(jīng)過編程,、編譯后的用戶程序。
　(4)調(diào)試和監(jiān)控功能：支持對上位機所編程序調(diào)試及監(jiān)控功能,。
　(5)外設(shè)管理功能：對I/O模塊的管理及數(shù)據(jù)更新功能,。
1．2．2 CPU模塊[6]
　CPU模塊是整個控制系統(tǒng)的核心部分，它是用來調(diào)試,、處理,、管理和執(zhí)行用戶程序,，負(fù)責(zé)掃描和驅(qū)動I/O模塊，如圖3所示,。該模塊有中央處理單元,、I/O擴展單元、狀態(tài)使用權(quán)集單元,、存貯單元和通信單元等,。對CPU模塊進行開發(fā)，首先構(gòu)建硬件模塊,，即CPU的最小系統(tǒng),，再進行功能擴展；對下位機的采集,、處理和通信程序等下位機系統(tǒng)程序的開發(fā),；最后進行系統(tǒng)集成三個步驟。

1．2．3下位機系統(tǒng)程序[7-8]
　下位機系統(tǒng)程序包括引導(dǎo)程序,、主程序,、中斷程序、I/O處理程序,、通信程序,、功能模塊控制程序、特殊寄存器和線圈,、配置表格,、高速部件故障處理等功能模塊程序。圖4為下位機程序流程圖,。

2 系統(tǒng)工作原理
　該設(shè)計采用循環(huán)掃描的工作方式,，每一個程序CPU都從第一條指令開始執(zhí)行，按照指令步序號做周期性循環(huán)掃描,，如沒有跳轉(zhuǎn)指令,，則從第一條指令開始一條一條執(zhí)行，直到結(jié)束后,，再進入下一個掃描周期,，如此循環(huán)往復(fù)。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期,，而掃描周期的大小主要取決于：(1)CPU的主頻,；(2)程序中指令的多少；(3)指令周期這3個因素,。
    每個掃描周期有如下三個主要階段：
　(1)在輸入刷新階段,，首先CPU掃描全部輸入端口，讀取各個端口的狀態(tài)信息,，并根據(jù)工作要求寫入狀態(tài)寄存器,。完成刷新階段的工作后,，即轉(zhuǎn)入程序的執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行期間,，即使輸入狀態(tài)在不斷的變化,，輸入寄存器的內(nèi)容也不會隨著發(fā)生變化，直到下一個周期的輸入刷新階段才可改變,。
　(2)程序執(zhí)行階段
　根據(jù)用戶輸入的梯形圖程序,，從第一條指令開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器中,，當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完成后，轉(zhuǎn)入輸出刷新階段,。
　(3)輸出刷新階段
　當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后,，將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容依次送到I/O對應(yīng)的輸出寄存器中，并通過一定的轉(zhuǎn)換方式,，驅(qū)動執(zhí)行部件工作,。
　由此可見，輸入刷新,、程序執(zhí)行,、輸出刷新三個階段構(gòu)成一個工作周期，并且循環(huán)往復(fù),，稱為循環(huán)掃描工作方式,。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進行的，所以將這兩個階段稱為IO映射表刷新,。當(dāng)然還有自診斷功能和通信功能,。綜上所述整個掃描過程如圖5所示。

    掃描周期的長度主要取決于程序的長度,，掃描周期越長,，相應(yīng)速度越慢，由于每個周期只進行一次I/O刷新,，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象,，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但由于其對I/O映射表的變化,，每個周期限只輸出更新一次,，DDC在一個工作周期的大部分時間是與外部擴展模塊隔離的，有利于避免工業(yè)現(xiàn)場脈沖的瞬時干擾,，使誤動作大大減少,，但在快速響應(yīng)的系統(tǒng)中就會造成滯后現(xiàn)象。
    該設(shè)計是以網(wǎng)絡(luò)可編程控制器DDＣ為核心,，利用現(xiàn)場總線CAN,、工業(yè)以太網(wǎng),、ＧＰＲＳ等相關(guān)的通信媒介，將傳感器,、執(zhí)行電機和計算機進行遠(yuǎn)程或無線鏈接的硬件系統(tǒng),，通過對上位機進行編程，從而實現(xiàn)了對下位機的控制,，實現(xiàn)了樓宇系統(tǒng)的控制,。其特點為：
　(1) 操作簡單、方便并具備很強的故障診斷能力,；
　(2)由于采用中心控制室對不同位置的建筑進行統(tǒng)一管理,，大大節(jié)省了能源和人力成本；
　(3) 控制的精確度大大提高,，從而提高了舒適度,；
　(4) 由于傳統(tǒng)的DDC系統(tǒng)校準(zhǔn)后會降低精度，而該系統(tǒng)則無需校準(zhǔn),，減小了誤差,。
　總之，通過該設(shè)計系統(tǒng)對樓宇進行控制,提高了效率,，達(dá)到預(yù)期的效果,。
參考文獻(xiàn)
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