智能大廈是在傳統建筑的基礎上增加了樓宇、辦公、通信等３個自動化系統的高科技大廈。樓宇自動化系統（ＢＡＳ）是智能大廈的重要組成部分，它采用傳感技術、計算機技術和現代通信技術，實現對大廈內的空調、電力、電梯、供排水、防火、防盜和視頻監控等設備實行綜合自動管理，具有各種安全保護、運行監控等管理功能。給用戶提供舒適、安全的內部環境。因此，智能大廈的各個場所、各個房間，溫濕度必須常年控制在某一特定的范圍內，實現溫濕度控制智能化。
　　本文介紹的溫濕度自動控制系統，基于ＣＡＮ總線，采用Ｉｎｔｅｌ ８０Ｃ１９６ＫＣ１６位單片機作為智能節點控制器，系統通信可靠、快捷，硬件電路設計和軟件編程簡單，能較好地滿足智能大廈對環境的智能化要求，達到節能的目的。

２ 系統的總體方案設計及工作原理
　　系統由上位管理機、ＣＡＮ接口適配卡和多個智能節點組成，節點數量可根據建筑物的規模增減。采用ＣＡＮ總線作為通信網絡將各節點連接成一個分布式智能控制系統。系統的總體結構如圖１所示。網絡拓撲結構采用總線方式，上位管理機采用ＰⅢ５００ＰＣ機，以８０Ｃ１９６單片機為節點控制器，傳輸介質采用雙絞線，通信位速率設為２０ｋｂ／ｓ，ＣＡＮ總線任意兩節點之間的距離可以達到３．３ｋｍ，完全可以滿足智能大廈內部的通信要求。上位機通過ＣＡＮ接口適配卡與ＣＡＮ總線相連，進行信息交換，負責對整個系統進行監視管理。節點控制器通過ＣＡＮ總線接收上位機的各種操作控制命令和設定參數；實時采集各模擬量輸入通道的溫濕度值，采集新風處理設備，包括送、回風機、過濾器、冷卻器、加熱器和加濕器等設備的開關狀態信號。當檢測到溫濕度與設定值有偏差時，執行溫度和濕度算法，輸出相應的控制量給執行器（電動調節閥），調節盤管內的水流量，保持送風的溫、濕度在要求上控制范圍內；如果發現溫度或濕度超過了設定的上下限，則會立即發出聲、光報警，同時輸出相應的極限值到執行器，使溫濕度盡快回到設定范圍。
２．１節點硬件電路設計
　　節點硬件電路以Ｉｎｔｅｌ
１６位單片機８０Ｃ１９６ＫＣ為核心，選用ＳＪＡ１０００作為ＣＡＮ控制器，并使用了ＣＡＮ控制接口芯片ＰＣＡ８２５０。８２Ｃ２５０可以提供對總線的差動發送和接收功能，提高系統總線的節點驅動能力，增大通信距離，降低干擾。節點硬件電路如圖２所示。在圖２中，利用８０Ｃ１９６ＫＣ多達６路的高速輸出器ＨＳＯ來產生ＰＷＭ輸出，可使系統具有９路模擬量輸出和８路模擬量輸入的能力。為減少元件數，節約電路板空間，選用可編程器件ＰＳＤ３０２進行系統擴展和Ｉ／Ｏ重組，它將單片機所需的大部分外圍接口功能，如ＥＰＲＯＭ（６４ｋＢ）、ＳＲＡＭ（２ｋＢ）和可編程邏輯器件（ＰＬＤ）集成在一塊芯片上，并提供８路開關量輸入和８路開關量輸出。８０Ｃ１９６ＫＣ的Ｐ１口主要用于溫度、濕度超限時的報警指示，但Ｐ１．３、Ｐ１．４、Ｐ１．５一起作為ＰＷＮ方波輸出端。Ｐ２口除完成一些特殊功能外，還為看門狗電路Ｘ２５０４５提供片選信號。時鐘芯片ＤＳ１２８８７Ａ在程序中編程為提供每秒定時中斷，通過ＨＳＩ．０向８０Ｃ１９６ＫＣ提出中斷請求，在達到設定的間隔時間后將執行增量型ＰＩＤ控制算示和模糊控制算法。Ｘ２５０４５實現硬件看門狗功能，它也提供５１２Ｂ
ＥＥＰＲＯＭ來保存重要的系統控制參數。每當系統掉電、上電后，通過串行時鐘輸出端ＳＯ將重要的系統參數讀到特定ＲＡＭ區，使程序恢復正常運行。

３ 系統軟件設計
　　系統的軟件設計主要包括上位機的通信處理軟件和現場測控節點的數據采集與處理軟件的編寫。
３．１上位機軟件
　　采用基于Ｗｉｎｄｏｗｓ９５平臺的Ｖｉｓｕａｌ和Ｂａｓｉｃ６．０面向對象的３２位可視化高級語言編寫。具有系統參數（如波特率、輸出控制、報文標識與屏蔽等）設置、監視狀態設置、數據發送和接收、本機狀態查詢、節點狀態查詢、上下限報警、中斷接收數據管理等功能模塊，程序功能模塊如圖３所示。上位機首先對ＣＡＮ總線適配卡及自身初始化，然后發送命令通知特定節點向ＣＡＮ總線上發數據。通過ＣＡＮ總線適配卡轉換后，再由上位機根據實際情況進行相應的處理。上位機采用定時輪循方式向各個節點發命令，而采用中斷方式接收數據。
３．２智能節點軟件設計
　　智能節點軟件由初始化、發送數據和中斷處理三部分組成，主要完成兩項任務：一是溫、濕度傳感器的采樣與控制算法，二是當上位機請求數據時將節點所在現場的溫、溫度和ＣＡＮ節點狀態等數據傳送給上位機。溫、濕度傳感器的采樣與控制算法在定時器中斷服務程序中完成，數據信息的傳輸在主程序下完成。

４ 系統節能措施
　　智能大廈的空調器、制冷、供熱設備，由于設備眾多而且分散，其能耗占整個建筑的５０％左右，是智能建筑的耗能大戶，為實現能量的優化管理與控制，滿足系統節能的要求，在保證舒適的前提下，采取以下措施：
（１）設定程序使餐廳、會議室等間歇使用處的空調機組在滿足舒適性的前提下間歇運動；按照事先設定好的時間表，根據上下班時間定時啟動或停止辦公室的空調機組；節假日停止運行，以達到節能目的。
（２）由于智能大廈中的房間均為舒適性空調，室內的溫濕度設定值并不需要全年固定不變，因此可按季節對溫度設定值進行變設定值控制。如夏季溫度設定在２３２６℃范圍內，冬季設定在１８２０℃，而過渡季節允許在２０２５℃范圍內波動。通過上述溫度變設定值控制可大幅度降低不必要的能理消耗。
（３）控制器的執行算法模塊主要采用了增量型ＰＩＤ控制算法和模糊算法。程序開始運行后，被控量的偏差較大，此時將采用增量型ＰＩＤ控制算法，使被控量盡快回到設定值附近。然后，當偏差處于某一預定范圍內時，將采用模糊控制算法減少控制量對被控量微小變化產生過于靈敏的動作，防止被控量在設定值附過產生振蕩現象。實現ＰＩＤ控制算法和模糊控制算法的理想結合，使系統達到節能目的。
（４）采用先進的變頻裝置，對水泵、風機進行變頻調速，效果明顯，變風量空調控制可減少空調負荷１５％３０％。由于空調機組、新風機組和風機盤管的負荷是經常變化的，如人員的頻繁進出，室外天氣的變化等。通過對熱泵機組和冷凍水泵按需冷量進行臺數控制，可以達到節能的目的。
（５）充分利用新回風的冷（熱）量并加以焓值控制，能節約相當可觀的能量。

５ 結束語
　　ＣＡＮ總線以其獨特的設計思想、優良的性能和極高的可靠性，越來越受到人們的重視。在智能樓宇系統中使用ＣＡＮ總線技術，提高了系統內部的通信速率、實時性，降低了誤碼傳送率。實際應用證明本系統控制效果好，可靠性高，溫度控制精度可達到±０．５℃，濕度控制精度達到±２％ＲＨ，充分保證了智能大廈的舒適性和安全性。

參考文獻
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