導(dǎo)語：智能建筑測(cè)控終端硬件設(shè)計(jì)辦法一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

0引言

建筑物現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的及時(shí)獲取是進(jìn)行智能化分析與控制的基礎(chǔ)，如何快速、有效地獲取建筑物現(xiàn)場(chǎng)的各類數(shù)據(jù)成為智能建筑研究的重要領(lǐng)域。智能建筑系統(tǒng)具有測(cè)控對(duì)象種類多，位置分散，數(shù)量大等特點(diǎn)；建筑物監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的通訊方式一般采用RS485、LonWorks、以太網(wǎng)等方式，其明顯的缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)安裝布線繁瑣，組網(wǎng)復(fù)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向現(xiàn)場(chǎng)低成本無線組網(wǎng)應(yīng)用的ZigBee技術(shù)[2]。ZigBee技術(shù)具有成本低，可組星型、樹型、Mesh網(wǎng)絡(luò)，功耗低，網(wǎng)絡(luò)容量大，網(wǎng)絡(luò)鏈路建立時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)[3-4]，特別適合用于智能建筑測(cè)控終端通訊。本文介紹了基于TI第二代SOCZigBee芯片CC2531的測(cè)控終端的總體方案設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能建筑測(cè)控終端是智能建筑系統(tǒng)中的核心子模塊之一，它負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，通過通訊系統(tǒng)向中央智能監(jiān)控軟件傳輸數(shù)據(jù)，接受中央監(jiān)控軟件的指令，按照一定的控制策略控制現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備運(yùn)行。測(cè)控終端由MCU與ZigBee收發(fā)模塊、傳感器模塊、執(zhí)行模塊、數(shù)字輸入模塊、RS485模塊，USB模塊，RTC模塊、FLASH存儲(chǔ)模塊，電源模塊組成，與相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行器組合可以實(shí)現(xiàn)燈光控制，環(huán)境控制，安防控制，火災(zāi)報(bào)警等功能。MCU與ZigBee收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(cè)環(huán)境溫、濕度、二氧化碳濃度，執(zhí)行器包括繼電器輸出、聲光報(bào)警器，數(shù)字輸入模塊用于外接人體感應(yīng)紅外熱釋傳感器、煙霧報(bào)警器等，RS485模塊用于作為中央空調(diào)測(cè)控接口，USB模塊用于進(jìn)行維護(hù)配置，RTC模塊用于產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)模塊用于保存參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，電源模塊為市電和電池主備雙供電系統(tǒng)，當(dāng)火災(zāi)等原因造成停電時(shí)，測(cè)控終端還能依靠電池工作。

2硬件設(shè)計(jì)

2.1MCU與ZigBee收發(fā)模塊

測(cè)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(fā)器、增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051MCU核、在系統(tǒng)可編程的256KBFlash、8KBRAM、八通道12位ADC、兩個(gè)功能強(qiáng)大的USART接口和許多其他強(qiáng)大的功能；發(fā)射功率最大達(dá)4.5dBm(可編程)，接收機(jī)的接收靈敏度為-97dBm。ZigBee收發(fā)模塊由片內(nèi)2.4GRF收發(fā)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(fā)送射頻信號(hào)。

2.2溫濕度傳感器模塊

為實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)定的數(shù)字輸出。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件，14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。此芯片具有響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。SHT1x有兩種型號(hào)：SHT11和SHT15，SHT15的精度比SHT11高25%左右，SHT11在20%~80%范圍內(nèi)濕度測(cè)量精度達(dá)±3%RH，25℃時(shí)溫度測(cè)量精度為±0.4℃。SHT1x使用2-wire兩線數(shù)字接口，SCK用于與MCU之間的通訊同步，DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。在SCK時(shí)鐘高電平時(shí)，DATA必須保持穩(wěn)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(jìn)行ESD防護(hù)。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(shè)計(jì)

軟件采用分層設(shè)計(jì)，包括HAL硬件抽象層、Z-Stack協(xié)議棧層、APP應(yīng)用層。其中HAL硬件抽象層包括ZigBee收發(fā)器、數(shù)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(xié)議棧層完成ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立。智能建筑測(cè)控終端工作在路由器模式，以便方便地組建網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)工作流程：測(cè)控終端上電后進(jìn)行MCU、ZigBee、各硬件模塊、協(xié)議棧的初始化，之后通過Z-Stack協(xié)議棧與協(xié)調(diào)器通信建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，測(cè)控終端周期性采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，執(zhí)行智能控制策略，并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到中央智能監(jiān)控軟件，當(dāng)收到中央智能監(jiān)控軟件發(fā)來的指令時(shí)執(zhí)行命令操作，并返回相應(yīng)信息。

4結(jié)論

本文介紹了一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的測(cè)控終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，著重探討了硬件和軟件設(shè)計(jì)。使用ZigBee組網(wǎng)使得測(cè)控終端部署施工非常方便，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。如果應(yīng)用環(huán)境節(jié)點(diǎn)較少，可以直接組成ZigBee網(wǎng)絡(luò)；如果節(jié)點(diǎn)多，多個(gè)ZiBee網(wǎng)絡(luò)可以通過網(wǎng)關(guān)連接到高速以太網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展。本測(cè)控終端已經(jīng)用于智能建筑控制系統(tǒng)研究中，實(shí)際測(cè)試證明網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，遙測(cè)、遙控可靠，滿足智能建筑系統(tǒng)應(yīng)用需求。