智能建筑总体培训讲座

山东省建设厅建筑智能化技术培训班智能建筑与智能小区应用技术哈尔滨工业大学建筑设计研究院建筑智能化技术研究所所长刘晓胜(博士后•副教授)手机：1361-365-1278电话：[phone]第四部分底层通信控制网络技术3底层控制通信网络概念RS232C/RS422A/RS485总线技术现场总线技术智能小区中总线应用基于TCP/IP和以太网的底层控制设备通信智能小区底层控制网络的发展方向底层通信控制网络4(1)总线:计算机之间、模块之间、计算机与模块之间传递信息的一束束信号线的集合，为各模块间和各部件间提供标准的信息通路。(2)总线结构:面向处理器和面向总线总线的有关概念CPUDRAM输出控制器I/O接口键盘显示器输出设备5(3)总线分类:•系统总线(板级总线)•外总线(通信总线)•局部总线•内部总线总线的有关概念CPUDRAM输出控制器I/O接口系统总线6(3)总线传输方式•同步式传输•异步式传输•半同步式传输•分离式传输(4)PC机中的总线：PC/XT总线(8位)、ISA总线(16位)、MCA总线(32位、IBM、PS/2)、EISA总线(32位、Compaq)、PCI(32/64位、Intel)总线等。总线的有关概念7各种总线的主要特征(5)STD工业控制总线：1978，美国普洛公司，56(6)VME总线：VersaModulEurocard,32位工作站级总线标准，Motorrola,85IEEE-1014总线标准(7)SCSI总线(SmallComputerSystemInterface)：86,ANSI,92,ESCSI,系统级标准，主机与智能外设通信接口，单端6m/差分25m,50芯，20MB/s,9个外设，总线的有关概念8位ISA16ISAEISAPCI总线宽度8163232/64典型时钟1.19MHz6MHz10MHz33MHz总线传输率2MB/s8MHz32MHz132MHz存储器传输率2MB/s32~80MHz264MHz8(8)USB总线(9)IEEE-488总线HP公司提出，IEEE和IEC认定的测量仪器系统标准总线，又称HP-IB(HP接口总线)、IEC-IB(IEC接口总线)、GP-IB(通用接口总线)。24线连接器(16信号，8数据/3交换/5控制)，负逻辑，15个设备，20米，1MB/s(10)RS232、RS422、RS485总线总线的有关概念9(1)什么是底层控制通信网络:通过一种或几种总线方式，实现与现场各种设备的通信，并通过总线实现对现场设备进行必要控制的计算机网络系统,称之为底层控制通信网络系统，简称底层网络。(2)底层控制通信网络特点:•多属于低速网络;•多为控制(I/O)信号,数据量小;•可靠性要求比较高等;底层控制通信网络概念10(3)底层控制通信网络种类:•传统的通信总线;•现场总线;•基于TCP/IP的控制方式等。(4)底层控制通信网络选择原则:•可靠性原则•通信速率和通信距离要求•先进性、实用性与经济性相结合的原则•抗干扰能力原则•技术发展方向性原则底层控制通信网络概念11长距离通信的基本要求:•传输距离要远；•抗干扰性能好；•传输速率比较低；•成本要较低等。常用串行通信总线RS232C(RS232A，RS232B)；RS449，RS422A，RS423和RS485；20mA电流环。USB底层控制通信网络概念12(0)串行通信的基本概念•异步通信：–波特率：300/600/1200/2400/9600/19200–数据位：5/6/7/8–校验位：奇校验/偶校验/不校验–停止位：1/1.5/2RS232C总线第n-1个字符00/10/10/10/10/110/10/10/10/1100/10/10/1停止位起始位起始位校验位校验位停止位第n+1个字符第n个字符0/1数据位数据位低位高位13•同步通信(a)单同步数据格式同步字符······数据1数据2数据n数据3校验1校验2同步1······同步2数据1数据n数据2校验1校验2(b)双同步数据格式RS232C总线14(1)异步串行通讯总线；(2)EIA正式公布的RC-232C总线标准，CCITT制定和推荐的V.24基本相同。(3)数据终端设备(DTE，DataTerminalEquipment)、数据通讯设备(DCE，DataCommunicationEquipment)(4)传输距离一般小于15m，传输速率一般小于20kbpsRS232C总线15(5)完整的RS232C接口有22根线，采用标准的25芯DB插头座(6)RS232C采用负逻辑，即：逻辑“1”：-5V~-15V;逻辑“0”：+5V~+15V(7)用RS232C总线连接系统:–近程通讯:10根线，或6根线，或3根线–远程通讯:Modem+电话网RS232C总线16(8)常用连接形式五根线连接方式RS232C总线TXDRXD发送数据数据终端就绪数据终端就绪发送数据接收数据接收数据信号地数据装置就绪数据装置就绪TXDRXD图6-3计算机与终端设备的RS232C连接计算机终端设备屏蔽地DTRDSRDTRDSR17(8)常用连接形式：三根线连接方式发送数据发送数据计算机或终端设备237计算机或终端设备237发送数据发送数据信号地计算机/终端与终端设备的通讯信号地计算机23452068接收数据RXD请求发送RTS清除发送CTS载波检测CD数据终端就绪DTR数据设备就绪DSR计算机234752068RXDTXDRTSCTSCDDTRDSR(b)计算机与计算机设备的通讯图6-4RS232C的一种简单连接方式7RS232C总线18(8)常用连接形式：远程连接方式TXDRXDRTSDSR发送数据接收数据发送请求数据就绪计算机发送数据接收数据发送请求数据就绪TXDRXDRTSDSR终端信号地信号地Modem图6-2计算机与终端的远程连接Modem电话线RS232C总线19(9)常用芯片及连接：VEEVCCINAOUTAINB1INB2OUTBEGNDIND1IND2OUTDINC1INC2OUTC12345671413121110981488控制AVCCINAOUTAINB控制BOUTBEGNDIND控制DOUTDINC控制COUTC14131211109814891472323图6-5RS232C电平转换芯片MC1488和MC1489RS232C总线20(9)常用芯片及连接图6-6RS232C接口电平转换电路TTL电平输出4561417-12v地131472地+12v+5vTTL电平输入RS232C电平传输滤波电容RS232C总线21(1)EIA于1977年公布了RS449标准接口。(2)RS422A规定了双端电气接口形式，采用双端线传输信号。(3)差动方式传输:驱动器输出：2v-6v;输入最小电平：200mV;(4)传输速率10Mpbs，传输距离:120m。最大传输距离可达1200m。(5)常用芯片及连接:线路驱动器SN75174或MC3487或MAX3487，线路接收器SN75175或MC3486或MAX3486。RS422A总线22(4)常用芯片及连接RS422A总线1A123451216151413681171091Y1Z1,2使能2Z2Y2AGNDVCC4A4Z3Z3Y3A3,4使能4YSN751741B123451216151413681171091A1Y1,2使能2Y2A2BGNDVCC4B4Y3Y3A3B3,4使能4ASN7517523(4)常用芯片及连接7517575174+5V123123TTL数据输入TTL数据输出图6-8RS422A接口电路RS422A总线24(1)一种多发送器和多接收器的电路标准(2)连接RS485总线发送数据发送控制接收数据发送控制接收图6-9RS485总线连接示意图251995，Intel公司提出的中速串行总线，USB1.1定义了两个速度：12Mpbs和1.5Mbps;2000年，制定了USB2.0,480Mbps;用于键盘、鼠标、打印机等设备的连接；产生原因：–PC机与电话相连；–易用性：重新配置灵活；–端口扩充：PC机端口可用数量的限制。USB2.0产生的原因：–满足处理大量数据的要求。–增加了第三个传输速度：480Mbps–兼容USB1.1USB通用串行总线26总线拓扑结构：分层星型结构；USB最多可支持5个Hub层，127个外设；USB通用串行总线Hub1RootHub主机Hub1Hub1节点节点节点节点····27USB的物理层(USB1.1)–4根电缆：D+、D-是差模信号，Vbus：+5v–12Mbps高速模式：磁盘、CD刻录机等；带屏蔽双绞线，5m；–1.5Mbps低速模式：鼠标、键盘等；普通双绞线，3m。USB设备–包括Hub和功能设备；–一个USB设备分三层：–支持即插即用；–设备电源；–设备挂起；USB通用串行总线USB逻辑设备主机功能接口实际数据流逻辑数据物理设备28USB主机数据传输方式：–控制传输–同步传输–终端传输–数据块传输USB总线协议–域类型–包类型–总线操作–错误检验与恢复USB通用串行总线USB系统软件USB主控制器设备驱动程序实际数据流逻辑数据主机29(0)工业控制系统的发展过程和趋势过程:–气动式仪表控制系统–电动单元组合式模拟仪表控制系统–集中式数字控制系统–集散式控制系统DCS–现场总线控制系统FCS(FieldbusControlSystem)。趋势:–分散化;–网络化;–智能化;现场总线技术30(1)现场总线是应用在生产现场、微机化测量控制设备之间实现双向串行多点数字通信的系统，也称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。(2)结构特点:–数字信号代替模拟信号–实现一对电线上传输多个信号–为多个设备提供了电源–不再需要模/数转换部件及数/模转换部件现场总线31AIPIDAOAIAOMulti-ControllersPID传统控制系统结构示意图现场总线控制系统示意图图6-10现场总线控制系统与传统控制系统结构的比较现场总线32(2)现场总线技术特点：–系统的开放性–互可操作性与互用性–现场设备的智能化与功能的自治性–系统结构的高度分散性–对现场环境的适应性现场总线33(3)现场总线的优点：–节省硬件数量与投资–节约安装费用–节省维护费用–提高用户系统集成主动权–提高系统的准确性与可靠性–易于系统调整现场总线34(4)几种常见的现场总线–LonWorks总线–CAN总线–FF总线：FoundationFieldbus–PROFIBUS总线：–HART总线:HighAddressableRemoteTransducer现场总线35智能小区中常用的现场总线LonWorks总线CAN总线现场总线36(1)LON(LocalOperatingNetworks),美国Echelon推出，Motorala、Toshia共同倡导、2600多家公司参加，1000多家公司推出了产品(2)1990年正式公布(3)面向对象的设计方法(4)采用七层通信协议(5)300kb/s~1.5Mb/s,2700m(78kb/s)(6)多介质LonWorks总线37(7)过程控制、交通运输、办公、保安、楼宇等。(8)Neuron神经元芯片：3个CPU–媒体访问控制处理器–网络处理器–应用处理器(9)核心技术之一：LonWorks节点–以神经元芯片为核心–采用MIP(ModularInformationProcessor)结构LonWorks总线38以神经元芯片为核心的节点LonWorks总线16K~58KROM(3150)电源晶振神经元芯片3150/3120I/O调理收发器图6-12神经元节点的结构框图传感器执行器39采用MIP结构的节点(10)核心技术之一：LonWorks路由器神经元芯片收发器图6-13HostBase节点框图收发器EPROM复位电路主处理器LonWorks总线40(11)核心技术之一：神经元芯片LonWork