建筑节能控制系统中一种基于BACnet的网关应用研究

【摘要】：建筑节能是当今社会普遍关注的热点问题之一,建筑节能控制系统的建立为实现建筑物有效节能提供了一个新的方向。建筑节能控制系统是伴随着智能建筑的发展而产生的,特别与智能建筑中的楼宇自动化系统密切相关。随着计算机技术和控制技术的不断发展,建筑节能控制系统正向智能化、集成化和网络化的方向发展。BACnet协议是一个专门为建筑设备实现集成控制而制定的通信协议,它解决了楼宇自动化系统中设备不兼容和难以集成的问题,为不同的建筑设备实现集成提供了统一的通信语言。将BACnet协议应用到建筑节能控制系统中,对建筑设备进行系统化的控制和管理,优化各类建筑设备的运行,是降低建筑能耗的有效方法。 本文首先分析了传统的建筑节能控制系统的局限性,提出了将BACnet协议与建筑节能控制系统相结合的思想,在分析了BACnet协议和嵌入式技术相关理论的基础上,将BACnet协议应用到建筑节能控制系统中,提高了系统的开放性和集成度。 其次,通过对该系统功能的分析,本文重点对系统中的一个关键技术难点——网关进行了研究与设计。硬件部分采用模块化的设计,结构简单、可靠,在对CPU核心模块、通信接口模块、外扩存储器模块和系统基本模块的芯片进行选择的基础上,设计了芯片的电路图。软件部分采用前后台的程序,实现了底层低速的控制设备与上层的控制中心进行信息交互的功能,从网关的应用角度出发,对TCP/IP协议栈进行了裁剪与实现,对底层通信的BACnet对象与应用服务分别进行了定义和选择。重点研究了BACnet应用层和网络层的编解码、数据链路层MS/TP帧的创建。 最后,通过网关的启动自检测试和数据收发功能测试,证明了网关软件部分的正确性、可靠性和安全性。 【关键词】：建筑节能 楼宇自动化系统 BACnet协议 网关
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU855
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 致谢8-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 课题研究的背景和意义13-15
• 1.1.1 建筑节能的意义13
• 1.1.2 课题的来源13
• 1.1.3 建筑节能控制系统的现状及课题研究的现实意义13-15
• 1.2 课题国内外研究现状15-16
• 1.3 研究内容和结构安排16-18
• 第二章 相关理论研究18-25
• 2.1 BACnet协议18-21
• 2.1.1 BACnet的对象18-19
• 2.1.2 BACnet的服务19-20
• 2.1.3 BACnet的编码20
• 2.1.4 BACnet的基本特点20-21
• 2.1.5 BACnet的体系结构21
• 2.2 嵌入式微处理器21-24
• 2.2.1 ARM 微处理器简介21-23
• 2.2.2 ARM 微处理器的特点及应用领域23
• 2.2.3 ARM 微处理器的选择23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 建筑节能控制系统的总体设计25-29
• 3.1 系统的总体设计25
• 3.2 系统的组成25-28
• 3.2.1 检测控制层26
• 3.2.2 服务管理层26-27
• 3.2.3 控制中心层27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 第四章 网关硬件部分设计29-38
• 4.1 CPU 部分设计29-30
• 4.2 通信接口设计30-32
• 4.2.1 以太网通信接口30-31
• 4.2.2 MS/TP通信接口31-32
• 4.3 外扩存储器电路设计32-34
• 4.3.1 Flash型存储器32-33
• 4.3.2 Ram 型存储器33-34
• 4.4 系统基本模块设计34-37
• 4.4.1 电源模块34
• 4.4.2 复位电路模块34-35
• 4.4.3 时钟电路模块35
• 4.4.4 JTAG 调试接口模块35-36
• 4.4.5 工作状态电路模块36-37
• 4.5 本章小结37-38
• 第五章 网关软件部分设计38-58
• 5.1 软件总体设计38-39
• 5.2 以太网通信模块39-42
• 5.2.1 TCP/IP协议的裁剪39-40
• 5.2.2 裁剪后协议的实现40-42
• 5.3 BACnet底层通信模块42-52
• 5.3.1 底层通信流程的设计43-44
• 5.3.2 对象模型的定义44-45
• 5.3.3 应用层服务的选择45-46
• 5.3.4 应用层通信设计46-49
• 5.3.5 网络层通信设计49-51
• 5.3.6 数据链路层通信设计51-52
• 5.4 外扩存储器模块52-54
• 5.5 复位电路模块54-55
• 5.6 时钟电路模块55-56
• 5.7 网关软件测试56-57
• 5.8 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-59
• 6.1 主要研究工作总结58
• 6.2 进一步的工作与展望58-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文和研究项目62-63

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