智能建筑測控終端硬件設計辦法

導語：智能建筑測控終端硬件設計辦法一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

0引言

建筑物現場數據的及時獲取是進行智能化分析與控制的基礎，如何快速、有效地獲取建筑物現場的各類數據成為智能建筑研究的重要領域。智能建筑系統具有測控對象種類多，位置分散，數量大等特點；建筑物監控現場的通訊方式一般采用RS485、LonWorks、以太網等方式，其明顯的缺點是現場安裝布線繁瑣，組網復雜，成本較高，雖然可以使用WIFI通訊，但功耗大，通訊距離短，成本高[1]。隨著WSN無線傳感網絡技術的不斷發展，近年來出現了面向現場低成本無線組網應用的ZigBee技術[2]。ZigBee技術具有成本低，可組星型、樹型、Mesh網絡，功耗低，網絡容量大，網絡鏈路建立時間短的優點[3-4]，特別適合用于智能建筑測控終端通訊。本文介紹了基于TI第二代SOCZigBee芯片CC2531的測控終端的總體方案設計和實現方法。

1系統總體設計

智能建筑測控終端是智能建筑系統中的核心子模塊之一，它負責采集現場數據，對數據進行初步處理，通過通訊系統向中央智能監控軟件傳輸數據，接受中央監控軟件的指令，按照一定的控制策略控制現場電氣設備運行。測控終端由MCU與ZigBee收發模塊、傳感器模塊、執行模塊、數字輸入模塊、RS485模塊，USB模塊，RTC模塊、FLASH存儲模塊，電源模塊組成，與相應的傳感器和執行器組合可以實現燈光控制，環境控制，安防控制，火災報警等功能。MCU與ZigBee收發模塊實現運算、控制、ZigBee通訊，傳感器模塊包括溫濕度傳感器、CO2傳感器，用于檢測環境溫、濕度、二氧化碳濃度，執行器包括繼電器輸出、聲光報警器，數字輸入模塊用于外接人體感應紅外熱釋傳感器、煙霧報警器等，RS485模塊用于作為中央空調測控接口，USB模塊用于進行維護配置，RTC模塊用于產生系統時鐘，FLASH存儲模塊用于保存參數和運行數據，電源模塊為市電和電池主備雙供電系統，當火災等原因造成停電時，測控終端還能依靠電池工作。

2硬件設計

2.1MCU與ZigBee收發模塊

測控終端的MCU需要具有足夠的GPIO，AD，UART等外圍接口，本方案采用TI第二代單芯片SOCZigBee解決方案CC2531[5]作為主控芯片。CC2531是一顆具有USB接口的ZigBee和IEEE802.15.4SOC芯片。CC2531集成了兼容IEEE802.15.4的2.4GHzRF收發器、增強工業標準的8051MCU核、在系統可編程的256KBFlash、8KBRAM、八通道12位ADC、兩個功能強大的USART接口和許多其他強大的功能；發射功率最大達4.5dBm(可編程)，接收機的接收靈敏度為-97dBm。ZigBee收發模塊由片內2.4GRF收發器和片外的輸入/輸出阻抗匹配電路、天線組成。輸入/輸出匹配電路使用一片JOHANSON公司的集成Balun低通濾波器2450BM15A0002[6]，CC2531的RF_N、RF_P引腳連接到低通濾波器2450BM15A0002的BAL平衡引腳，然后通過2450BM15A0002的Unbal非平衡引腳連接到天線，接收或發送射頻信號。

2.2溫濕度傳感器模塊

為實現對建筑物現場的溫濕度信息采集使用一片瑞士SENSIRION公司的SHT1x[7]。SHT1x是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，提供全標定的數字輸出。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，14位的A/D轉換器以及串行接口電路實現模數轉換。此芯片具有響應快、抗干擾能力強、性價比高等優點。SHT1x有兩種型號：SHT11和SHT15，SHT15的精度比SHT11高25%左右，SHT11在20%~80%范圍內濕度測量精度達±3%RH，25℃時溫度測量精度為±0.4℃。SHT1x使用2-wire兩線數字接口，SCK用于與MCU之間的通訊同步，DATA三態門用于數據的讀取。在SCK時鐘高電平時，DATA必須保持穩定。MCU通過P2_0,P2_1IO口模擬總線與SHT1x通訊。

2.3USB模塊

CC2531支持USB接口，為避免人體靜電等損壞MUC芯片，使用一片USBLC6-2P6進行ESD防護。MCU與USB接口，如圖5所示。R1、R2一般在22歐至33歐之間取值。

3軟件設計

軟件采用分層設計，包括HAL硬件抽象層、Z-Stack協議棧層、APP應用層。其中HAL硬件抽象層包括ZigBee收發器、數字輸入、繼電器輸出、UART、溫濕度傳感器、USB等的訪問方法和接口。Z-Stack協議棧層完成ZigBee網絡的建立。智能建筑測控終端工作在路由器模式，以便方便地組建網狀網絡，系統工作流程：測控終端上電后進行MCU、ZigBee、各硬件模塊、協議棧的初始化，之后通過Z-Stack協議棧與協調器通信建立ZigBee網絡，測控終端周期性采集現場監測數據，執行智能控制策略，并通過ZigBee網絡將數據上傳到中央智能監控軟件，當收到中央智能監控軟件發來的指令時執行命令操作，并返回相應信息。

4結論

本文介紹了一種基于ZigBee網絡的測控終端設計與實現方案，著重探討了硬件和軟件設計。使用ZigBee組網使得測控終端部署施工非常方便，具有良好的經濟效益。如果應用環境節點較少，可以直接組成ZigBee網絡；如果節點多，多個ZiBee網絡可以通過網關連接到高速以太網進行擴展。本測控終端已經用于智能建筑控制系統研究中，實際測試證明網絡穩定，遙測、遙控可靠，滿足智能建筑系統應用需求。