電氣物聯總線系統的製作方法
2023-09-22 21:31:45 1
專利名稱：電氣物聯總線系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能型數位化的電氣物聯總線，屬於電氣自動化和信息通信技術領域。
背景技術：
隨著數位化城市的發展，城市公用信息平臺的形成，目前對建築群智能化和信息化的要求越來越多。辦公、居住、商用、廠房等多種建築物群形成的數位化街區、數位化園區、數位化建築群不斷湧現，使智能建築由單體的智能建築走向建築群的智能化、數位化。現代建築中，隨著各種功能設施的多樣化，電氣安裝、控制線路也日趨複雜。如何在滿足強大功能的同時，儘量使安裝工作簡化，並且能保證系統良好的靈活性和低廉的運行成本，已成為現代建築電氣物聯技術的發展趨勢。而目前現有技術中尚未有這樣一套專門用於各種電氣物聯總線。公開號為CN1392753的專利文件描述的是一種基於總線的照明控制方法及系統，是一種針對於照明控制方面的總線技術。公開號為CN1430384的專利文件描述的是一種智能家庭網絡控制總線，但是，該總線指針對於數位化社區智能控制裝置技術領域。由此可以看出，現有技術中所實現的只是建築領域中某一種功能或者是在一個領域的管理和控制，並沒有一種真正適合於各種電氣安裝領域，並且把多種電氣設備通過一條總線進行安裝管理的系統。
發明內容
本發明的目的就是提供一種物聯網總線平臺，英文簡稱為T-Bus ELBCThree-Bus Electric Link Bus)，將樓宇內的中央空調設備、電氣開關設備、燈光照明設備、能源管理、視頻監控、安全防護、環境監測等設備進行整合，通過統一的總線式網絡結構和控制平臺，實現對這些設備的集中監控及管理，並通過相應的通訊接口(如RS232、RS485、乙太網、無線ZIGBEE、WiFi、3G等)與相關系統，如公用電話網、網際網路、其它控制平臺等進行互聯通訊，從而構成現代化的電氣物聯網體系。為了達到上述發明目的，本發明的技術方案採用如下方式實現
一種電氣物聯總線系統，包括總線、接線端子、總線電源管理單元、各功能模塊單元及上位機。其結構特點在於，所述的各功能模塊單元通過總線由接線端子連接在一起。上位機通過RS232串口與總線電源管理單元的通訊接口進行連接，配置所述各功能執行器之間的控制邏輯關係。上述各功能執行器包括網絡單元、對外接口單元、照明控制單元、電氣設備管理單元、安防單元、環境檢測單元、能源管理單元等。⑴網絡單元主要是通過有線電話、有線網絡(RJ45)、無線網絡(如3G、WIFI、 ZIGBEE、RF等)接口實現與外界進行數據交換，而達到遠程監控。(2)對外接口單元主要是通過485接口或232接口等實現與其它系統進行數據交換，以達到數據共享等目的。
(3)照明控制單元包括觸摸開關、旋鈕開關、電子點動開關、普通翹板開關、無線遙控等輸入單元，通過輸入單元及其它控制方式可控制照明的開關和亮度，甚至可監控此照明設備的好壞情況。(4)電氣設備管理單元包括設備的控制、能耗情況以及集中管理等。(5)安防單元包括接入此總線中的CO檢測、煙感、紅外被動、門磁等傳感器單元。(6)環境檢測單元包括接入此總線中的對環境參數檢測的溫度、溼度、照度、風力等傳感器單元。(7)能源管理單元主要包括對各種電氣、照明設備等用電情況的能源監控管理 (如電壓、電流、有功、無功、功率因數等參數)。上述總線採用的是一種標準的總線控制系統，控制方式為對等控制方式，不同於傳統的主從控制方式，總線採用三芯普通線纜，三芯線分別代表直流MV電源線、直流地線和數據線，系統上的所有模塊均採用MVDC工作電源。通訊的速率為4800bps 38400bps。上述總線系統採用單元地址化結構設計，根據系統的等級結構和應用控制器的功能賦予每個功能部件相應的物理地址(通過軟體自動分配的)，控制命令通過總線傳遞到相應的地址，達到控制的目的。它的物理地址是採用樹狀結構的，系統最基本的構成是每個功能模塊單元，單元與單元之間通過總線進行連接，構成一個子系統。一個子系統上的單元數可多達255個，每個單元可接迴路最大為16個。通過電源管理單元可將16個子系統互相連接和組合起來，從而構成一個完整的系統。系統控制的節點數量可多達65280個 (255*16*16)。本發明具有組網結構簡單，擴展能力良好，接入方式方便靈活，本地及遠程監控功能，高可靠性和安全性、簡單的安裝方式等，從而實現高可靠性、低成本的電氣物聯。
圖1為本發明的系統結構示意圖
圖2為本發明電源管理單元的系統結構示意3為本發明數字電錶單元的系統結構示意4為本發明OLED溫溼度顯示按鍵單元的系統結構示意5為本發明無線雙向遙控器系統結構示意6為本發明乙太網網關單元系統結構示意7為上位機配置軟體
下面結合附圖和具體的實施方式對本發明作進一步的說明。
具體實施例方式參看圖1，電氣物聯總線系統，包括總線電源供應器1、系統電源管理單元2、系統總線3、各功能模塊單元N及上位機4。所述功能模塊單元由系統總線3連接在一起。所述上位機4通過標準的RS232接口與電源管理單元2進行通訊，上位機4利用專用的上位機配置軟體通過電源管理單元2進行數據的上傳/下載，對整個系統進行配置管理。
所述電源供應器1為220V轉24V開關電源，為系統總線即電源管理單元2提供 24V直流電源。所述電源管理單元2，負責提供總線電源和數據電源，以及上位機與總線系統之間的通訊中轉。上位機通過系統配置軟體與電氣物聯總線系統進行通訊，讀取系統中各功能模塊單元的各種信息，根據用戶的要求，在上位機上可配置各功能模塊單元之間的控制邏輯關係，將此邏輯關係下載到各功能模塊中，撤掉上位機後，整個系統上的各功能模塊單元即可按照預先配置的邏輯關係協調地工作。也可通過上位機上的網絡診斷程序對系統進行故障診斷，找出系統中若干故障的發生原因。參看圖2，外接直流24V電源經過電源轉換模塊1轉換成系統需要的總線電源和數據電源，以及各晶片工作電源，主晶片3通過讀取時鐘晶片2的時間日期信息數據，並把這些時間信息作為系統時間發送至總線網絡上的各個功能模塊單元，使得各功能模塊單元都有統一的系統時間，以方便實現各種周期、定時性的功能操作。所述功能模塊單元，包括數字電錶單元5、風機盤管控制單元6、窗簾控制單元7、 白熾燈調光單元8、日光燈調光單元9、DO單元10、電話單元11、電流檢測單元12、AI輸入單元13、A0輸出單元14、DI單元15、TI單元16、網關單元17、無線雙向遙控器18、普通按鍵單元19、OLED溫溼度顯示按鍵單元20、無線收發按鍵單元21等。各功能模塊單元中均帶有描述該模塊基本功能的數據信息及驅動程序。每個功能模塊單元均採用具有雙向的通訊能力的Freescale MC9S08AW32晶片， 它既可以將自己的信息發送到網上，也可以接收網絡上任何功能模塊單元所傳送的信息。 在網絡中不存在主從關係，每一功能模塊單元通過競爭機制搶佔總線，發送自己的信息。 功能模塊單元的數量可容納255個。本發明可以完成點到點，點到多點及廣播式等方式的數據通訊，實現各功能模塊之間的數據交換，通過功能模塊內的實時作業系統，使得整個系統得以協調的運轉。每個功能模塊單元內的實時作業系統，負責完成通訊總線的競爭、發送及接收數據、數據校驗、實時任務的分配及執行、資源管理等功能。各功能模塊單元在上電時，根據需要，將讀取各自功能模塊單元中的數據及驅動程序，由上位機4配置後，在實時作業系統的管理下按照給定的任務執行。各功能模塊單元中有輸入通道負責採集各種參數或信息，並將這些信息發送到總線上，總線中的其它功能模塊單元接收到這些信息後，根據給定的邏輯做出相應的處理，通過這些功能模塊單元中的輸出通道來完成預定的功能。功能模塊單元中帶有通訊程序、時鐘中斷服務程序、Flash 擦除寫入校驗程序、自檢程序、配置處理程序、電源管理程序、基本初始化程序、模塊偵測與模塊接口處理程序，常用應用駐留程序等主要工作程序。上述的數字電錶單元5負責檢測控制系統內所有用電設備用電信息的採集，該單元包括分流器檢測元件1、電量檢測晶片2、主晶片3、總線接口模塊4、FLASH存儲器5。參看圖3，檢測元件1把相應的電信號採集到電量檢測晶片2，由電量檢測晶片2 進行計算得到實際的電量參數，包括電流，電壓，有功功率，無功功率，功率因數等，並把相關數據存儲並至FLASH存儲器5，以方便電量歷史數據的讀取，主晶片3通過電量檢測晶片 2獲取實時電量信息，並通過總線接口模塊4發送至總線網絡上，總線網絡上相關的信息管理平臺可獲取這些電量信息，來了解系統中用電設備的用電情況。上述的風機盤管控制6，負責對樓宇裡中央空調風機盤管的控制，並且和OLED溫溼度顯示按鍵單元20中溫溼度檢測通道進行關聯，實現空調的智能化管理。上述的窗簾控制單元7，負責對電動窗簾或百葉窗的控制。上述的白熾燈調光單元8和日光燈調光單元9，負責控制系統內所有白熾燈和日光燈的開閉和亮度調節。上述的DO(數字量輸出)單元10包括大功率的設備輸出模塊和中小功率的設備輸出模塊。主要負責對系統內開關量設備的控制。上述電話單元11通過電話線接口與指定的固定電話機或手機進行相互的數據交換，用戶可以將事先設定的報警信息以語音的方式主動地發送到指定的固定電話機或手機 (可同時設定2個不同的電話號碼，以防其中一個被佔用，但它只要打通其中一個則將忽略另外一個)。在外面用戶可通過固定電話或手機與樓宇裡的電話單元11相連，可以控制樓宇內設備的開啟與關閉，也可查詢樓宇內設備的狀態。上述的電流檢測單元12，負責對接入該單元迴路的用電設備的負載電流通過電流檢測模塊進行檢測，並計算出把實際的電流值通過總線通訊接口發送至總線網絡上。上述的AI (模擬量輸入)單元13，負責對接入該迴路的電流或電壓信號進行檢測， 通過模塊中10位A/D轉換通道，轉換成對應比例的數字量，並通過總線通訊接口發送至總線網絡上。上述的AO(模擬量輸出)單元14，負責對接入該迴路的電流或電壓信號進行控制輸出，通過模塊中10位D/A轉換通道，轉換成對應比例的電流或電壓信號。上述的DI (數字量輸入)單元15包括接入總線網絡中的CO探頭、煙感探頭、紅外被動探頭、門磁探頭等模塊。通過檢測各種探頭的狀態變化，實時反饋到總線網絡中，通過和相應輸出單元如D0(數字量輸出)單元進行邏輯關聯，可實現必要的報警或保護動作。上述的TI (溫度檢測輸入)單元16，負責對接入該迴路的PT1000測溫探頭可對測溫環境比較苛刻的環境，如溶液等進行溫度檢測，通過一系列的信號放大電路，PT1000測溫探頭的微弱信號調整成標準的電壓信號，通過模塊中10位A/D轉換通道，轉換計算成對應的溫度值，並通過總線通訊接口發送至總線網絡上。上述乙太網網關單元17，包括乙太網接口模塊1、主晶片2、總線接口模塊3。參看圖6，上述乙太網網關單元通過乙太網接口模塊1與區域網進行相互的數據交換，實現電氣物聯總線系統與區域網的協議轉換，並把相應的數據轉發給主晶片2，主晶片2通過總線接口模塊3發送至總線網絡上。在外面可直接登陸本發明的網關單元內置的 webserver，經過必要的安全認證後在網頁上既可控制樓宇內的設備，也可查詢樓宇內的設備狀態。上述無線雙向遙控器18，包含IXD觸控螢幕1、無線轉發模塊2、主晶片3、FLASH存儲器4、紅外接收模塊5、紅外發射模塊6、按鍵控制模塊7。參看圖5，無線雙向遙控器通過IXD觸控螢幕1和按鍵控制模塊7的操作，把相關的控制命令通過無線轉發模塊2發送出去，無線收發按鍵單元21中內嵌的無線轉發模塊接收並把命令數據轉發至總線網絡上，總線網絡上的相應的功能模塊單元接收並執行相應的命令，並把狀態信息反饋至總線網絡上，無線收發按鍵單元21中內嵌的無線轉發模塊接收這些反饋信息，通過無線方式轉發至無線雙向遙控器的無線轉發模塊2，無線轉發模塊2再轉發至無線雙向遙控器的主晶片3，主晶片3把相應的狀態信息顯示到IXD觸控螢幕1，部分信息如短消息存儲至FLASH存儲器4。無線雙向遙控器還可通過紅外接收模塊5接收並學習各種家用電器的紅外遙控器的紅外控制碼，並通過紅外發射模塊6發射相應的紅外控制碼以實現紅外設備的控制功能。上述OLED溫溼度顯示按鍵單元20，包含一個溫溼度檢測元件1，一個128*32解析度的OLED顯示屏2，顯示驅動晶片3，主晶片4，總線接口模塊5，按鍵控制模塊6。參看圖4，通過溫溼度檢測模塊1檢測環境的溫度和溼度參數，主晶片4獲取這些參數並計算成實際的溫度和溼度值，通過顯示驅動晶片3在OLED顯示屏2顯示，同時把相應的溫溼度值通過總線接口模塊5發送至總線網絡上。上述無線收發按鍵單元21，包含一個無線信號的接收和發送模塊。採用IEEE 802. 15. 4協議的無線通訊技術，實現與無線雙向遙控器18即手持控制終端之間的信息交互，以實現對系統內設備的多角度無線控制。本發明中採用的網絡總線是自行設計的三線制總線，包括電源線(24V)，地線與數據線，通訊的速率為19200bps，基本可以滿足本發明的要求。上述上位機4的配置軟體主要包括系統配置軟體。參看圖7，系統配置軟體主要用來對電氣物聯總線總線系統提供初始化配置，經過初始化配置後的總線系統能按照預定的配置要求正常的工作。其配置過程如下
(1)添加新的系統網絡地址；
(2)系統各功能模塊單元配置信息的上載；
(3)建立區域;
(4)單元模塊配置；
(5)顯示模塊通道；
(6)通道分區；
(7)通道配置(包括設置屬性、定義控制關係、定時等)；
(8)導入、導出或刪除模塊；
(9)修改序列號；
(10)下載驅動程序或配置數據；
(11)下載配置信息(包括對各功能模塊單元下載和對遙控器下載)。本發明的主要功能如下
1.現場配置功能可以通過上位機對所安裝的網絡硬體進行相應的軟體配置，以期達到用戶所要的邏輯關係；
2.無線/紅外遙控與交互功能用戶可以通過手持式帶大屏IXD的遙控器對樓宇裡的所有設備進行控制、查詢、設置、定時、場景等；
3.照明系統的開閉和調光功能；
4.電氣設備控制(紅外及電源開閉控制)；
5.電動門、電動窗簾/遮陽百葉窗等設備控制；
6.中央空調風機盤管控制；
7.安防功能有門磁，煙感，CO探頭，紅外被動等各種探頭，組成安全的防護系統；
8.環境監測功能由各種溫溼度傳感器組成，包括有線的和無線的，主要為提供室內外的環境溫溼度值；
9.電話遠程監控功能用戶通過電話/手機，可查看居所內的各個設備的狀態，並可以遠程控制這些連接到網絡上的設備；
10.網關交互功能用戶可以通過網關單元連接到網際網路，可直接訪問本系統的服務網站通過輸入自己的登錄密碼，就可直接登錄自己的設備管理網頁，並可進行遠程控制、查詢所有電器設備狀態等；
11.整個區域的電量監測(包括電流、電壓、頻率、有功、無功、視在功率、總電量。
權利要求
1.一種電氣物聯總線系統，包括總線、接線端子、總線電源管理單元、上位機以及各功能模塊單元，其特徵在於，所述的各功能模塊單元通過各個接線端子連接到總線上；總線電源管理單元用於提供總線電源和數據電源，並為上位機和總線之間提供通訊連接；每個功能模塊單元通過競爭機制搶佔總線以發送自己的數據信息，上位機用於配置所述各功能模塊單元之間的控制邏輯關係；所述各功能模塊單元至少包括按鍵單元、對外接口單元、照明控制單元、電氣設備管理單元、安防單元、環境檢測單元和能源管理單元。
2.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其中上位機通過系統配置軟體來控制所述電氣物聯總線系統，其讀取系統中各功能模塊單元的各種數據信息，並可根據用戶的要求， 在主機上配置各功能模塊單元之間的控制邏輯關係，並將此邏輯關係下載到各功能模塊單元中。
3.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其中各功能模塊單元在加電時，將根據需要讀取各自功能模塊單元中的數據及驅動程序，由上位機配置後，在實時作業系統的管理下執行給定的任務。
4.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於在撤掉上位機之後，整個系統上的各功能模塊單元也可按照預先配置的邏輯關係協調地工作。
5.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於該上位機上還配置有網絡診斷程序，可對系統進行故障診斷，找出系統中的故障發生原因。
6.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於每個功能模塊單元都具有雙向的通訊能力，既可以將自己的信息發送到總線上，也可以接收總線上任何其它功能模塊單元所傳送的信息，並根據給定的邏輯做出相應的處理，在該電氣物聯總線系統中不存在主從關係。
7.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於所述網絡單元可通過有線電話、有線網絡或無線網絡接口實現與外界進行數據交換，從而達到遠程監控。
8.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於所述對外接口單元主要是通過 485接口或232接口等實現與其它系統進行數據交換和數據共享。
9.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於所述照明控制單元可以是觸摸開關、旋鈕開關、電子點動開關、普通翹板開關或無線遙控輸入單元，通過輸入單元及其它控制方式可控制照明的開關和亮度，也可監控此照明設備的好壞情況。
10.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於所述電氣設備管理單元至少可實現設備控制、能耗管理以及集中管理。
11.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於所述安防單元至少包括接入此總線中的CO檢測、煙感、紅外被動、門磁傳感器單元。
12.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於所述環境檢測單元至少包括接入此總線中的對環境參數檢測的溫度、溼度、照度、風力傳感器單元。
13.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於所述能源管理單元至少包括對各種電氣、照明設備的用電情況的能源監控管理，管理參數至少包括電壓、電流、有功、無功、功率因數。
14.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於該系統還包括乙太網網關單元，本系統可以通過該網關單元與區域網進行相互的數據交換，實現電氣物聯總線系統與區域網的協議轉換。
15.如權利要求1所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於用戶可通過網關單元的伺服器，來控制電氣物聯總線系統中的各功能模塊單元，也可查詢各功能模塊單元的設備狀態。
16.如權利要求1-15中任一項所述的電氣物聯總線系統，其特徵在於，所述總線的控制方式為對等控制方式，不同於傳統的主從控制方式，總線採用三芯普通線纜，三芯線分別代表直流MV電源線、直流地線和數據線，系統上的所有模塊均採用MVDC工作電源，通訊的速率為 4800bps 38400bps。
17.一種對電氣物聯總線系統的配置方法，包括以下步驟(1)添加新的系統網絡地址；(2)系統各功能模塊單元配置信息的上載；(3)建立區域;(4)單元模塊配置；(5)顯示模塊通道；(6)通道分區；(7)通道配置，至少包括設置屬性、定義控制關係和進行定時；(8)導入、導出或刪除模塊；(9)修改序列號；(10)下載驅動程序或配置數據；(11)下載配置信息。
18.—種對電氣物聯總線系統的配置方法，其特徵在於步驟(11)包括對各功能模塊單元和對遙控器下載配置信息。
全文摘要
本發明提供了一種電氣物聯總線系統，可將樓宇內的中央空調設備、電氣開關設備、燈光照明設備、能源管理、視頻監控、安全防護、環境監測等設備進行整合，通過統一的總線式網絡結構和控制平臺，實現對這些設備的集中監控及管理，並可通過通訊接口與其他系統進行互聯通訊，從而構成現代化的電氣物聯網體系。
文檔編號H04L12/40GK102164065SQ20111010153
公開日2011年8月24日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者吳亮 申請人:北京浩天融智電氣科技有限公司