单位文秘网 2021-10-25 08:14:39 点击: 次
摘 要:针对中央空调监控系统的发展问题和特点,形成了一种基于CAN总线的中央空调监控系统。本文具体分析了CAN总线和PCI总线的技术特点和通信体制。研究了独立CAN控制SJA1000和CAN总线驱动的工作原理,实现了通信卡的硬件设计和驱动程序设计。
关键词:中央空调监控系统;CAN总线;PCI总线
中图分类号:TP273.5 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2018)19-0078-02
1 绪论
1.1 空调系统研究背景及意义
由于经济的发展,对智能建筑的需求也在不断上升。智能建筑监控系统的应用越来越多。需要监控的对象越多,系统必须形成统一的标准,高可靠性,灵活的构造,良好的可扩展性,易维护性以及构建系统的高性价比。所以,作为智能建筑的主要组成部分,楼宇自动化系统的发展发挥了重要作用,空调监控系统也是研究的主要对象。
中央空调控制系统作为智能建筑的组成部分。传统的控制方法是通过DDC(直接数字控制器)将温度和湿度检测点和控制点连接到一个或多个DDC,进行了多点实时监控。因为大量现代智能建筑楼层,多个空调处于不同楼层,温度和湿度检测点分布在不同房间。比较低。
在不同通信方式中,工业控制现场总线技术是改善工业控制领域数据通信问题的最佳解决方案。现场总线技术是20世纪80年代后期获得的先进工业控制技术。它结合了数字通信,智能仪器,微电脑技术和网络技术。它从根本上解决了传统的“点对点”模拟或数字到模拟信号控制的问题。为实现的“分散控制和集中管理”提供技术帮助。现场总线是一种以智能仪器和执行器为基础的全数字实时通信传输系统,可以使用在现场数字设备与工业或其他生产领域的控制系统之间的通信。它也被叫做底层控制网络,数字和多点通信。它在自动化系统中的应用前景比较多,包括制造,加工工业,运输和建筑。
现场总线通信协议架构以ISO提供的开放系统互连模型(ISO/OSI)为前提。该系统中用到的CAN总线是中国使用的第一个现场总线。它通过ISO/OSI七层框架中的物理层和数据链路层。CAN总线标准通过多主模式,网络上的任何节点都能够主动向其他节点发送信息。针对系统的实时要求,将网络工作点改变为不同的优先级。数据链路层使用每帧8个字节的短帧结构,这比较容易改变。在传输过程中丢失仲裁或错误的帧可以自动传递,故障节点能够自动与总线分离。CAN总线标准进行全双工通信。传输介质就是双绞线和光纤。传输速率为1Mbps,节点数为110个。其主要特征是改变传统的站地址编码,并将其改变为通信数据块的编码。它具备很好的容错能力和抗干扰能力,传输安全性提升了。
1.2 国内外研究现状及发展
因为计算机控制技术的进步,高层建筑BAS产品的空调系统(包括冷热系统,通风系统)的控制系统已在20世纪50年代得到使用。在20世纪60年代,它可以改进为电动单元组合仪表。美国哈特福德第一台微机分布式控制系统的出现表面智能建筑时代的产生。分布式(集中管理,分散控制)自动控制系统的技术发展比较成熟,主要技术特征是DDC的使用。
在1980年之后,分布式控制系统(DCS)可以用在中国的智能建筑系统中。它在20世纪90年代得到了广泛使用,而且在中国的智能建筑中获得发展。但是,市场管理和技术管理出现一定程度的问题,暴露出的问题更为广泛、深入、严重。因为计算机控制技术的发展,有很多的智能建筑使用计算机来管理不同的建筑系统。计算机技术在空调系统控制和管理中的应用得到良好的经济效益和社会效益,已在许多项目中得到体现了。
目前,信息技術和自动控制技术广泛地应用于空调产品和空调系统中。如果通过计算机来控制空调机组,那么可靠性和运行经济性将是比较明显的,其用户将增加。目前,不同的制冷机组都具有计算机控制装置,可通过负荷的变化调节冷却水量,促进节能和优化运行。
2 CAN总线技术研究
CAN总线是20世纪80年代初通过德国博世开发的串行数据通信协议,改善现代汽车中许多测量和控制仪器之间数据交换的缺陷。这是一辆多主公共汽车。通信介质表现为双绞线、同轴电缆或光纤。通信速率为1MbPs。CAN总线通信接口可以结合CAN协议的物理层和数据链路层的功能。它能够实现通信数据的帧处理,包括比特填充,数据块编码,循环冗余校验,优先级识别等。
CAN协议的一个重要特征是改变了传统的站地址编码和替换通信数据块的编码。这种方法的优势是网络中的节点数量在理论上可以不受到影响。数据块的识别码可以通过11位或29位二进制数构成,因此可以定义211或229个不同的数据块。也能够以数据块的方式同时获得相同的数据。它在分布式控制系统中经常使用。数据段长度最多为8个字节,能够满足一般工业现场控制命令,工作状态和测试数据的一般要求。同时,8字节不占用很多的总线时间,从而实现了通信的实时性。CAN协议通过CRC测试并实现相应的错误处理功能,以促进数据通信的可靠性。CAN总线的优良特性,高可靠性和独特设计特别能够用在工业过程监控设备的互连。因此,它已被越来越多的行业所使用,并被认为是比较有前途的现场总线之一。
3 中央空调控制系统设计
3.1 系统的主要功能
中央空调系统一般用在现代大型建筑物中。我们都知道,空调系统的作用是改变室内空气,使空气温度,流速和新鲜度,清洁度等指标符合使用场所的要求。因此,必须冷却或加热,冷却或加湿空气并过滤空气。其配套设备主要有制冷机组,热水器,风机盘管系统,风道系统,水管系统等。例如,在空调系统中,冷却器由设施提供。它是由微处理器根据空调原理和空调规则自动控制的。冷水机组包括压缩机,冷凝器和蒸发器。压缩机压缩制冷剂并将压缩的制冷剂输送到冷凝器。冷却水被冷却并变成液体。沉淀的热量被冷却水带走并排放到冷却塔中的大气中。液体冷却剂通过冷凝器蒸发到蒸发器中,使冷却水冷却,然后冷却水进入冷却风扇盘管吸收空气,从而在室内循环热量并从室内带走热量。因此,可以从以下几个方面分析中央空调系统的监控设计:
(1)设备基本参数的测量和设备的启停控制。(2)基本能源调控。(3)冷热源和水管系统的综合调控。
因此,中央空调监控系统是以PC机为主机,以CAN总线通信功能为主站,具有冷冻机、冷冻水控制系统,冷却水控制系统和子控制系统,具有独立的故障诊断和控制功能。CAN总线用在主站之间的通信介质中。
3.2 中央空调控制整体结构
中央空调控制系统上位机使用了IBM-PC兼容机,进行接收和管理系统数据,获得控制命令,系统工作过程的实时显示等。对于下位机,每个单元控制器用到Atmel A生产的AT89C51单片机,是微处理器。实现机组空调风机的现场数据检测和工作状态控制。单元控制器中的CAN总线控制器SJA1000实现从CAN总线接收数据并通过CAN总线将数据传输到主机。上位机经过插入PC总线扩展槽的智能CAN总线通信适配卡连接到CAN总线,并经过CAN总线连接每个单元控制器。也可以在主机上移除单元控制器以进行手动控制。
3.3 硬件设计
系统硬件主要是指智能CAN总线通信适配器和单元控制器。它实现了PC机与CAN总线之间的接口。高性能嵌入式微处理器80C188,CAN总线控制器82C200和CAN总线收发器82C250实现数据交换和通信处理。82C200是飞利浦产品,可实现物理层和数据链路层的所有功能。电子控制单元(ECU)的应用层通过微处理器提供,而82C200则提出了多用途接口。双端口RAM IDT7230充当PC和CAN总线控制器之间的数据共享区域,并拥有两个独立端口。每个端口都出现了自己的地址线,数据线和控制线,并且有两组独立的中断逻辑来进行两个CPU之间的握手控制信号。硬件和软件设置用在将双端口RAM映射到PC的物理存储器,从而实现读取和写入存储器中的数据。从而在两个CPU读写过程中提高数据交换率并确保数据的正确性。而且,智能CAN总线通信适配卡还具有中断选择,主存储器基本选择,LED指示灯系统状态和CAN收发器状态等功能。
系统工作过程中,主机经过ISA总线向智能CAN总线通信适配卡发送控制命令,并经过驱动电路写入双端口RAM,然后产生中断信号。CAN通信控制器82 C200获得中断信号后,数据从双端口RAM中取出,输出驱动电路,光隔离电路和CAN总线收发器82 C250通过CAN总线协议标准传输到CAN总线。并输出数据。NGE从主计算机到单元控制器完成。
微处理器通过ATMEL的AT89 C51微控制器生成,CAN总线控制器选择SJA1000。CAN总线收发器仍然选择82 C250来控制CAN总线的数据交换。当CAN总线控制器SJA1000工作时,它在CAN总线获得主机的命令和数据,并经过中断模式通知CPU 89C51。在获得中断信号后,CPU将SJA1000接收的数据存储在RAM中,并通过数据向I/O接口电路发出具体的命令。以控制风扇单元、加湿器等的相应操作。如果主机要求每個单元的状态信息,则CPU启动数据采集程序,并控制I/O接口电路检查每个检测点的数据。
3.4 软件设计
系统软通过上位机管理软件和单元控制器控制软件构成的。上位机管理软件是在Windows 98操作平台上进行开发,使用Visual Basic 6.0,包括系统监控,通讯管理,数据处理,控制命令,动态显示等模块。它的界面友好,显示直观,操作方便。系统运行过程中,每个检测点和控制点的位置通过图形方式显示在上位机显示屏上。检测和控制数据动态显示在它们各自位置的一侧。操作者能够通过简单的训练对整个系统控制。单元控制器控制软使用用8051汇编语言编程,并在89C51 EEPROM中固化。它主要实现数据采集,数据通信,I/O接口控制和数字显示控制等功能。对于每个季节室内温湿度的不同要求,在软件中形成不同季节的控制参数,可以经过键盘进行修改。在实际操作中,湿度控制精度达到±0.5°C,湿度控制精度达到±2rh。
4 主程序设计
信号采集节点的主要功能是将温度和压力值转换为传输到控制计算机的模拟信号。同时,将工频机的状态提供给控制计算机,并通过命令控制工频机的启动和停止。主程序主要完成微处理器初始化、SJA1000初始化、循环调用AD程序、CAN发送和CAN接收程序。
5 结语
总之,中央空调系统的发展为该系统提供了非常实用的通信系统。与传统的控制系统相比,该系统体积小,功能强,响应速度快,测试精度高,数据存储容量大。它具有广泛的应用和巨大的开发价值。
参考文献
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