监控系统设计论文大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇监控系统设计论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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2监控系统软件系统设计

监控系统的软件部分采用模块化开发方式。整个系统共分为初始化、数据采集管理、控制与维护、人机界面、通信、系统维护等六个模块。在这六个模块中，数据采集管理模块及控制维护模块是整个监控系统的核心模块。数据采集模块可以分为模拟量采集与处理模块、数字量采集与处理模块、报警处理模块三个部分，分别负责系统模拟量和数字量的采集、汇总、处理、存储、转发等工作，同时在分析数据的基础上对系统的运行状态进行分析和判断，如果系统运行状态存在发生故障的可能性，就相应发出报警信号。系统的控制和维护模块的主要功能是接收来自于数据采集模块的数据及初判结果，并根据结果进行电源运行状态的管理，其中包括对系统的自检、故障自诊断、程序复位、系统安全等方面的功能。除此之处，还要完成对其他模块的调度。

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2需求分析

按照网络化教育系统的任务、特点,将该门课程的虚拟实训平台各功能模块设计下:(1)配置文件正确性验证。具备系统安装正确性验证功能,如果配置文件参数设置错误,会根据错误情况提示用户进行相关参数的修改。(2)产生测点信息。虚拟平台能随机产生需要定义的测点以及该测点的各种虚拟参数,由于在系统配置完毕后需要验证整套系统是否能有效的实现风电瓦斯闭锁,因此该虚拟数据还应支持用户自行修改。(3)测点定义。结合系统给出的各类测点,用户能对测点的详细参数进行设置。包含模拟量传感器的报警值、断电值、浮点值、预警值的设置以及控制口的关联;开关量传感器的断线、正常状态、非正常状态的设置以及控制口关联;控制量的常开与常闭状态的设置;交叉断电等。(4)报警信息提示及查询。对于虚拟平台产生的报警、断电等异常信息,系统能通过语音等方式及时提醒用户,并具备对于历史信息提供查询的功能。(5)统计报表管理。虚拟平台能够对模拟量及开关量的数据,分站的运行状态统计形成报表,并提供打印、导出功能。

3总体设计

煤矿安全监控虚拟实训平台采用B/S结构,应用Web服务器、JSP动态网页设计及网络模拟器等技术,构建虚拟实训环境。网络模拟器包可以安装在网络互联实训室的服务器上,也可以安装在校园网的服务器上。学生只要在浏览器页面中输入服务器的IP地址,即可登录到虚拟实训平台对各项参数进行配置和调试。整个虚拟实训平台的核心是测点定义以及正确性验证这部分功能,而用户的测点定义必须遵循《煤矿安全规程》、《AQ1029-2007》以及其他相关规程规范的要求,并结合平台提供的虚拟数据详细设置传感器的报警值、断电值、复电值等参数。

4详细设计

(1)传感器的设置。在采煤工作面上隅角设置瓦斯传感器1个;在工作面回风巷距工作面10米处设置瓦斯传感器1个;在工作面回风巷末端10-15米的范围内设置瓦斯传感器1个、风速传感器1个,若是自然矿井还应增加一氧化碳传感器1个、温度传感器1个;在工作面进风顺槽工作面移变处设置馈电传感器、开停传感器若干,用于检测工作面主要设备的开停和馈电状态;工作面回风巷长度若超过1000米,则还应在中部增设瓦斯传感器1个;煤与瓦斯突出矿井,在工作面进风顺槽处设置瓦斯传感器1个;采用串联通风的采煤工作面,被串工作面的进风巷10-15米处设置瓦斯传感器1个;有专用排瓦斯巷道的工作面,必须在专用排瓦斯靠近回风巷10-15米处设置瓦斯传感器。以上为虚拟实训平台自带的已定义好的虚拟测点,考虑到系统扩展性,支持自定义各类模拟量和开关量传感器的定义。修改数据库中的表t_point即可实现。其中tpointNo为定义测点编号,fzID为定义分站号,lxID为定义传感器测点类型,dwID为定义传感器量产单位,Val为虚拟数据初始值,Wave为虚拟数据波动比例。(2)测点定义正确性验证。当用户对已有的测点定义完毕,需要虚拟实训平台对其正确性进行验证,而验证其正确性的依据是《AQ1029-2007》。如:工作面及上隅角瓦斯传感器报警值应≥1%,断电值应≥1.5%,复电值应<1%;回风巷的瓦斯传感器报警值应≥1%,断电值应≥1%,复电值应<1%等。

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2电路

本系统的电路基于主控电路的配置，包括温度传感器DS18B20、nokia5110液晶显示屏、风扇(电动机驱动)、键盘、蜂鸣器、湿度传感器湿度传感器DHT11、可燃性气体浓度传感器MQ－2、加热器YF3030012160J等。其中风扇(电动机驱动)、键盘、蜂鸣器等器件开发板上自带，只需要配置剩余的器件即可。图3温度传感器模块原理图温度传感器模块原理图如图3所示，温度传感器的测温范围为－55℃－125℃，当室内温度高于设置值30℃时，系统将报警，同时单片机通过达林顿管，启动风扇，进行换气，降低室内温度，直到达到预期要求;当室内温度低于设置值(20℃)时，系统将报警，同时单片机通过继电器，控制12V直流电源，启动加热器加热，直到达到预期要求。加热器工作时的表面温度为160±10℃;加热器模块原理图如图4所示。湿度传感器模块原理图如图5所示，湿度传感器的测量范围20－90%，当室内气体湿度高于设置值(60%)时，单片机控制风扇的开启，进行换气，降低湿度，直到达到预期要求。可燃性气体浓度传感器模块原理图如图6所示，当室内可燃性气体浓度高于设置值(25%)时，系统将报警，同时，单片机将驱动风扇，进行换气，降低可燃性气体浓度。

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引言

本监控系统是为铁路用4kVA/25Hz主从热备份逆变电源系统设计的。

4kVA/25Hz主从逆变电源是电气化铁路区段信号系统的关键设备，有两相输出：110V/1.6kVA局部电压（A相）；220V/2.4kVA轨道电压（B相）；两相均为25Hz，且要求A相恒超前B相90°。由于逆变器是给重要负载供电，且负载不允许断电，故采用双机热备份系统，一旦主机发生故障，要求在规定时间内实现切换，因此，备份逆变器一直处于开机状态。由于逆变器经过了整流，逆变两级能量变换，功率较大，且指标要求较高，必须要采用先进的控制技术；同时为了安全实现主从切换，也必须要有完善的监控系统来实现锁相，保证整机的安全。

1监控系统总体设计要求

根据实际情况，本系统主要完成以下功能：

1）主从切换功能主从控制之间实现准确无误的切换，具有自动和手动两种功能，保证切换时电压同频率，同相位，同幅值；

2）锁相功能主从机组局部电压同频同相，同一机组内A相恒超前B相90°；

3）完善的保护功能具有软起动功能，以避免启动瞬间电压过冲对逆变器及负载的冲击，以及输出过压、过流保护，频率、相位超差保护，桥臂直通保护，过热保护等；

4）显示功能实时显示运行参数及工作状态并具有声光报警功能，以提示值班人员及时排除故障；

5）通信功能具有主从机组之间通信，与监控中心（上位机）通信等功能；

6）抗干扰功能系统具有良好的抗干扰能力。

2系统硬件电路设计

2.1DS80C320单片机简介

DS80C320是DALLAS公司的高速低功耗8位单片机。它与80C31/80C32兼容，使用标准8051指令集。与普通单片机相比有以下新特点：

1）为P1口定义了第二功能，从而共有13个中断源（其中外部中断6个），3个16位定时/计数器，两个全双工硬串行口；

2）高速性能，4个时钟周期/机器周期，最高振荡频率可达33MHz，双数据指针DPTR；

3）内置可编程看门狗定时器，掉电复位电路；

4）提供DIP，PLCC和TQFP三种封装。

2.2基于DS80C320的监控系统硬件电路设计

按照上述系统设计要求，设计了如图1所示的监控系统。监控系统采用模块化的设计思想，分为微处理器及外设模块，模拟量采集模块，开关量采集模块，频率及相差测量模块，控制量输出模块，人机接口模块，同步信号模块以及通信模块。

1）微处理器及外设模块微处理器采用DS80C320，非常适合于监控。本系统充分利用前面已提及的特点，简化了硬件设计与编程，从而提高了整个系统的可靠性。根据系统需要扩展了一片8255，一片E2PROM和一片8254。

2）模拟量采集模块根据采集精度要求以及被采集量变化缓慢的特点，采用AD公司的高速12位逐次逼近式模数转换器AD574A，其内部集成有转换时钟，参考电压源和三态输出锁存器，转换时间25μs，并通过ADG508A扩展模拟量输入通道。

3）开关量采集模块首先经光耦进行隔离后，再通过与门送入单片机的外部中断口，同时通过8255送入单片机，采取先中断后查询的方式。

4）频率及相差测量模块信号先经过具有迟滞特性的过零比较器转换为方波，然后通过双四选一开关4052送入单片机，通过定时器T0来计算频率和相差。

5）控制量输出模块通过光耦控制输出，实现可靠隔离。

6）人机接口模块包括按键和显示部分。通过简单的按键选择，实现电流、电压、频率及相差的显示。显示部分采用8279驱动8位七段LED显示，同时通过发光二极管和蜂鸣器提示运行状态。

7）同步信号模块本模块用来实现锁相。单片机控制8254产生局部同步脉冲和轨道同步脉冲，同步脉冲用来复位正弦基准。通过软件控制同步信号的频率，可实现主从锁相和局部及轨道的相位跟踪。具体实现过程将在下文详述。

8）通信模块采用了RS232和RS485两种通信方式。利用串口0采用RS232实现与另一机组监控单元的双机通信，获取对方机组状态信息；利用串口1采用RS485标准接口实现与上位机的通信，完成传输数据和远程报警等功能。

3系统软件设计

3.1系统软件流程

主程序流程图如图2所示。系统上电复位后，首先对单片机，芯片及控制状态进行初始化；然后读取AC/DC模块的工作状态，若正常则启动DC/AC模块，否则转故障处理；开启DC/AC后，读入其工作状态并判断输出电压是否满足要求，有故障转故障处理，正常则开启故障中断；接下来进行主从机组判断和相位跟踪，实现主从相位同步和局部及轨道电压的锁相；只有在实现锁相后，才采用查询方式处理键盘及测量显示。在软件编制中，键盘中断是关闭的。实验证明，对人机交互通道采用这种查询处理方法，完全可以满足系统的实时要求。开关量的输入采取先产生中断，后查询的方法，保证了响应的实时性和逆变系统的安全性。

3.2系统采用的主要算法和技术

3.2.1交流采样算法

测量显示大信号的交流量时，通过互感器得到适合A/D转换的交流小信号，然后对小信号进行采样，最后对采样数据采用一定的算法，得到正确的显示值。均方根法是目前常用的算法，其基本思想是依据周期连续函数的有效值定义，将连续函数离散化，从而得出电压的表达式

式中：n为每个周期均匀采样的点数；

ui为第i点的电压采样值。

3.2.2数字滤波算法

A/D转换时，被采样的信号可能受到干扰，从采样数据列中提取逼近真值数据时采用的软件算法，称为数字滤波算法。目前常用的方法有程序判断滤波、中值滤波、算术平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波等。根据本系统对采集精度有较高要求以及被采集的模拟量变化缓慢的特点，采用程序判断滤波法和算术平均滤波法相结合的滤波方法，即进行多周期采样，取其算术平均值作为有效采样值。每次采样后和上次有效采样值比较，如果变化幅度不超过一定幅值，采样有效；否则视为无效放弃。

3.2.3单片机锁相技术

本监控系统一个很重要的功能是实现相位同步，即保证主从机组的相位同步和机组内局部电压相位恒超前轨道电压相位90°。本系统锁相的基本原理是，对于频率相同而相位不同步的两路信号，比如A路和B路，若A路为基准，B路超前（滞后）一定的相位，可以通过适当降低（增大）B路信号的频率来实现相位调整进而锁相，最后再把B路频率置为原频率值。

本系统中，单片机控制8254产生25Hz同步脉冲，同步脉冲用来复位正弦基准，使基准正弦波重新从零值开始。基准正弦波与三角波比较产生SPWM波，经逆变得到与基准正弦同频的交流输出，因此，通过调整同步脉冲的频率可改变正弦基准的频率，进而可改变被调整输出电压的相位。要实现系统的锁相要求，需要从机组局部电压跟踪主机组的局部电压，各机组轨道电压跟踪本机组的局部电压。因此，要有主从局部锁相和局部轨道相位跟踪两个子程序。

锁相的流程图如图3及图4所示。首先由多路开关选择要锁相的两路信号，由单片机测量相位差，并对所得相位差数据进行必要的运算和处理后，判断有无超差。倘若相位超差，则根据超差范围确定同步脉冲的频率值。如果是主从局部锁相，则应同时改变从机组局部和轨道的同步脉冲；否则，若为局部、轨道相位跟踪，则只改变本机组轨道的同步脉冲。通过调整同步脉冲，可实现相位调整。实现锁相后，同步脉冲的频率置为25Hz返回。

4抗干扰措施

由于该监控系统工作于强电环境，很容易受到各种干扰的影响。干扰一旦串入系统，轻则会引起误报，严重时就会导致整个系统瘫痪，甚至造成重大事故。本系统从硬件和软件两方面采取了抗干扰措施，保证了监控系统的可靠运行。

4.1硬件抗干扰措施

1）光电隔离在输入和输出通道上采用光耦合器件进行信息传输，在电气上将单片机与各种传感器、开关、执行机构隔离开来，可以较好地防止串模干扰。

2）加去耦电路在电源进线端加去耦电容，削弱各类高频干扰。

3）合理布置地线系统中的数字地与模拟地分开，最后在一点相连，避免了数字信号对模拟信号的干扰。

4）数字信号采用负逻辑传输骚扰源作用于高阻线路时易形成较大干扰，而在数字信号系统中，输出低电平时内阻要小些，因此，定义低电平为有效（使能）信号，高电平为无效信号，可减少干扰引起的误动作，提高控制信号的可靠性。

4.2软件抗干扰措施

1）利用可编程硬逻辑看门狗将单片机从死循环和跑飞状态中拉出，使单片机复位。而DS80C320提供了内部可编程硬逻辑看门狗，不须外加电路，就能够实现可靠的超时复位。同时，DS80C320还为一些重要的看门狗控制位提供了访问保护，防止单片机失控后对这些重要的控制位进行非法操作，进一步保证了程序的安全性。

2）对于数字信号采集，利用干扰信号多呈毛刺状且作用时间短这一特点，多次重复采集，直到连续两次或两次以上采集结果完全一致才认为有效。数字信号输出时，重复输出同一个数据，其重复周期尽可能短，使外部设备对干扰信号来不及作出有效反应。

3）对模拟量的采样和处理，采用数字滤波技术。

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一般来说，楼层越高，建筑的占地面积就会越大，否则安全性就会大大降低。特别是一些摩天大楼的设计，往往看起来就好比一座大山，但是无论是低层建筑还是高层建筑，建筑的采暖、采光、和通风情况都必须达到基本的要求，否则高层建筑本身就会事与愿违，变得没有必要。高层建筑的采暖不能完全依赖天然的太阳光的热量，由于高层建筑面积较大，其建筑的内部往往不可能直接受到太阳光的热量影响，所以其热量的来源就需要高层建筑的暖通设备来提供。而暖通设备的核心就是不断地向高层建筑内部注入暖风，因此通风条件是暖风是否可以有效的传送的关键。同时通风也是保证高层建筑内部环境清洁的核心，当暖通系统将干净清洁暖风空气注入到高层建筑的每一寸空间时候，同时也是去除掉高层建筑中国污浊空气的过程，这个过程不仅可以保证高层建筑内的气温适宜人体居住，也是保证人的身体健康的关键。

1.2暖通空调系统的主要类型

高层建筑的暖通空调系统的类型根据高层建筑设计的不同也有所不同，主要分为三种类型，第一种是全水系统，第二种是全空气系统，第三种是空气-水的综合系统。暖通空调的全水系统是指高层建筑中的空气温度和湿度都会由水进行调节。其利用的原理是水的比热容更大，单位面积水可以容纳更多的热量，换言之水问的身高和降低都很缓慢，所以高层建筑就可以利用晚上的水循环将热量源源不断的输送到建筑当中。高层建筑暖通空调的全空气系统比全水系统更加直接，这种系统设计是直接将空气的温度加热到适宜人体居住的温度，让后通过复杂的运输系统，直接注入到高层建筑内部，同时抽走或者将冷空气和污浊的空气挤走，保证在高层建筑里的人可以随时享受到温暖且新鲜的空气。而高层建筑暖通空调的水-空气系统就是将同时借助水和空气两种方式同时供暖，取长补短，其效果也往往会更好。

2高层建筑暖通空调系统设计的准备工作

高层建筑暖通空调系统的设计关乎高层建筑的安全性和居住的舒适性，其设计工作非常关键，但是由于高城建筑的复杂性，其设计工作要比一般的建筑要困难得多。首先，高层建筑暖通空调系统的设计人员应当对高层建筑的设计了如指掌，对于高层建筑的内部结构非常清晰，只有这样才能科学的对于高层建筑暖通空调系统进行布局，保障系统运行的平稳和安全。其次，高层建筑暖通空调系统的设计应当关注建筑所在地的环境情况。处于南方和处于北方或者处于高原和处于盆地的高层建筑暖通空调系统设计差距很大，设计师必须提前对当地的环境进行深入的调查，让高层建筑暖通空调系统的设计和当地的环境契合的更好，不仅可以节约经济成本，也会增加建筑的舒适性。最后，高层建筑暖通空调系统的设计应当充分的了解市场的行情。因为高层建筑暖通空调系统的用材会有很多不同的选择，每种材料的效果不同其价格也不同，而设计人员应该充分的了解每种材料的优缺点和价格才能建立模型选择最佳的材料来施工。

3高层建筑暖通空调系统设计的原则

3.1高层建筑暖通空调系统设计安全第一

任何一项设计和施工都要将安全摆在第一位，正所谓人命关天。高层建筑暖通空调系统并非是一般的系统，其系统的用料会涉及到很多依然易燃物品，所以设计的时候应该充分的考虑火灾的因素，否则一旦建筑遇到火灾这些筑暖通空调系统将会增加很多额外风险。此外高层建筑暖通空调系统设计的安全性还表现在建筑内部的空气质量和湿度是否对于人体是最佳的，所以就要求暖风空调系统是否能够保证空气的来源是干净的，无毒无害是关键。此外温度的设计也要和室外温度契合不能过高也不能过低，否则人在建筑内生活久了就很难一下适应室外的温度，这样对人体的伤害非常大，因此高层建筑暖通空调系统在设计的时候应该考虑这些因素。

3.2高层建筑暖通空调系统设计环保原则是关键

高层建筑暖通空调系统的施工用料很大，在如今人们环保关键越来越强的今天，对于系统施工的材料选取应该尽可能的按照环保的要求做。此外，高层建筑暖通空调系统应该秉承节能的原则，其设计是否能够充分的考虑到对自然热源的利用，是否在实际中更多的体现节能的意识，是否在很多环节都能充分的使用环保设备，是否在设计的时候建立科学的模型计算，确保暖风运输系统最短路径，这些都是保证高层建筑整体环保节能的关键所在。

3.3高层建筑暖通空调系统设计的经济性是基本要求

一个高层建筑的建设本身应当是盈利的，这也是保证高层建筑安全和舒适度必不可少的因素。又让马儿跑又让马儿不吃草在当今社会是万万行不通的。高层建筑暖通空调系统是否真的体现其经济性，是否能够最大程度的降低施工的成本也是系统设计成败的关键。理性的分析，高层建筑暖通空调系统虽然非常重要但是也并不应该占据整个高城建筑工程预算过多资源，因此高层建筑暖通空调系统的经济性设计就是施工成败的关键。而对于系统设计的经济性就需要设计人员的素质达到要求，其专业技术非常过硬，才能够充分的考虑各方面的因素，以达到利益最大化的目的。

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1.1智能建筑设备监控系统组成与结构框图（图1）

1.2智能建筑设备监控系统组成与结构

简要介绍上图为智能建筑设备监控系统组成与结构框图，在智能建筑监控系统中，监控系统主要实现对六个子系统（照明、供配电、冷热源、空调、给排水、电梯）的监控，并可控制其运行。由中央控制器统一全分布式控制运行，但由于每个子系统都由路由器分开，所以也可独立运行，控制系统涉及智能建筑各个系统设备自动化控制，可实现高检测功能。

1.3各设备监控子系统应该实现的功能

1.3.1供配电系统

主要功能为智能建筑提供电力。楼层配电设备分布在各楼层，电设备一般放置在建筑底层。监控系统主要实现对配电设备运行参数、配电电源、每个电源蓄电池的工作状态和数据变化进行监控，同时对各楼层电设备电源运行状态进行监控，若发生故障会产生警报并记录故障数据。

1.3.2照明系统

主要功能是为智能建筑照明。其设备建设于建筑物的各个平面上，方便实现各角度全方位照明。照明监控分为室内和室外两部分，室外照明分为公共照明部分，通过监控可根据室外照度值设定开关时间，也可通过更改程序实现不同照明灯具的启动时间。室内照明监控可通过监控数据，采用总线控制方式，设定程序对不同场景开启不同的照度。

1.3.3冷热源系统

为智能建筑供给冷源和热源，其噪音较大，设备一般置于建筑底层地下室内。通过对冷热源系统运行数据和冷热源供给量的监控和分析，可通过程序控制实现不同季节冷热源供给量和供给时间。

1.3.4空调系统

保障智能建筑的环境温度处于适宜状态，空调设备一般置于各楼层高处位置，地下室也可以配置。控制子系统主要对空调机组、风机盘管的工作参数和运行状态进行监测，并通过监测数据进行分析，控制和设定主机房的温度、湿度和运行时间。同时监测子系统还具备空调漏水监视功能，可有效实现对空调系统的漏水监测和控制。

1.3.5给排水系统

既能为智能建筑提供水源，又能排除建筑产生的污水，排水设备一般置于建筑物的地下室或建筑顶层，也可设置在楼宇夹层位置。监控系统可监控水泵的工作状态，并对水池的液位随时检测，当设备出现故障或者水池液位异常时，子监控系统就会向中央控制器发出报警信号，并将故障数据记录反馈，自动显示故障发生区域和故障详细情况。1.3.6电梯系统是为高层建筑提供上下交通的便利系统，设备一般置于建筑的垂直竖井内。电梯监控子系统主要实现对电梯设备运行状态，监视电梯启动、停止、方向等，动态显示出电梯实时状况，一旦发生故障，监控系统会对电梯设备电动机、电磁制动器等进行检测，自动报警并显示故障地点、状态、时间等信息，并将故障记录记忆并反馈给中央控制器。

2建筑设备自动化控制系统设计要素

2.1各监控子系统控制功能参数明细

将上文中所述设备监控子系统功能要求进行统计和汇总，确认各子系统监控点的分布位置和分布数量，将子系统的监控点设置类型、数量、相关设备、安装需求、使用地点等详细列出，并备份保留。依据各子监控系统技术和系统设备实际特点，以系统高效性、可靠性、实用性为前提，以满足子系统功能需求为标准，以建筑设备自动控制系统设计的节能环保为核心，以建筑设备维护保养便捷性和低成本性为主要指标，详细将设备子系统的各种功能参数、控制参数、技术参数列出并进行归档，为日后整体系统搭建安装提供依据。

2.2监控系统控制器、传感器和执行器的确定

按照监控系统被控设备的控制标准和监控点数量，结合安装现场实际情况，对现场控制点进行设置和筛选，设计出被控设备安装现场控制器控制区域内部的监控点分布图，并根据实际要求确定选择现场控制器。除了现场控制器，还要确定现场传感器和执行器使用标准，传感器和执行器是对被监控设备现场数据进行现场数据采集的基本组成部分，传感器可监测设备状态和数据变化，执行器对此进行分析和反馈，可以说两者在自动监控系统中属于核心构件。根据系统设备特性，对关键设备要采用高精度和高可靠性的智能型传感器和执行器，以提高整个自动化系统的控制质量。非关键设备上可以采用传统传感器和执行器，如此可减少成本，降低整个系统造价。

2.3建筑设备监控系统

网络构建智能建筑设备自动化监控系统整体网络构建如上图2所示，建筑设备LON现场总线设备自动化控制系统是现实意义上实现了分布式监控。此系统不同类型的控制器节点都具备高智能化特性和网络通讯能力。由于控制器各节点具备通讯能力，能够使节点与节点之间实现相互通讯功能，构成完整的通讯网络。系统中的控制机构和管理机构可以通过总线现场连接为一个整体，彼此之间可以相互协作，共同完成自动化监控任务，两者可实现控制数据和信息的共享。

2.4建筑设备监控系统硬件支持

智能建筑自动化监控系统构建必须有硬件支持，在硬件方面，主要选用以下器件：中央监控器（计算机，监控系统的核心部分，处理子系统反馈的综合数据下达控制指令）；监控显示屏（将监控图像实时显示，便于观察和分析故障状况）；键盘（更改程序或设定程序，典型的输入设备）；鼠标（输入设备）；不间断电源（为监控中央系统和子系统供电，保障监控系统不间断运行，保证整体系统的可靠性）；网络路由器（中继器、桥接器、配置型路由器等联合使用，实现网络分布）；控制总线（无屏蔽双绞线、控制总线LON）；控制节点（视具体情况而定）。

2.5建筑设备自动化监控系统软件支持

建筑设备自动化中央监控器软件功能具备操作级别和身份识别管理功能。软件系统采用8位通行字进行鉴别和管理，对操作人员实现权限设置，只允许有权限操作人员在一定范围内进行数据浏览，并对访问者身份信息、访问时间、访问内容进行识别和记录，且具备交互式菜单，为操作人员提供清晰的数据目录，节省操作时间，便于高效作业；中央控制系统设计还具备逻辑格式数据显示功能，可描述短语、数值、单位等数据，对不正常数据报警显示；具有高效数据分离终端，控制特定数据在特定端口运行，只允许一个操作人员或打印机进行处理；具备特殊指令操作功能，响应命令，逻辑显示并进行标识。

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狭义的安防监控系统仅仅指视频监控系统，是指应用光纤、同轴电缆或微波在其闭合的环路内传输视频等信号，并从摄像到图像显示和记录构成独立完整的系统。它能实时、形象、真实地反映被监控对象，它可以在恶劣的环境下代替人工进行长时间监视，通过录像机记录下来。同时报警系统设备对非法入侵进行报警。这是一种监控当中的最重要也是最有效的手段之一，但是不是安防监控的唯一，也有自己的一些缺点。广义的楼宇安防监控系统是指所以对小区安全进行监控报警的系统的全称，其中不仅包括视频监控，也包括对讲系统、红外线监控、报警系统等等，主要包括的要素有：摄像传输显示监控系统、自动报警系统、对讲系统等。笔者认为：当前楼宇智能化趋势要求各种控制系统高度集成，顺应时代的发展，科学意义上的安防监控系统应该是广义上的，而且是高度集成的安防系统，不仅有视频设备，还有有针对小区周边地区进行监控的红外线、自动报警系统、火灾报警系统等构成的集成系统，所以仅研究视频系统是片面的。

2.发展前景

从市场需求来看，随着社会服务的发展，小区业主对安全的考虑越来越重视，而传统的巡查制度管理困难，成本高昂，所以安全防控系统对于小区管理极其重要，是为了各大型建筑、居民建筑以及别墅式建筑的发展趋势。其次，现代通讯技术、计算机网络信息技术以及自动控制技术的发展，智能化建筑技术的提升与普及，楼房的安防监控系统发展也非常迅速。未来的发展市场前景广阔，将成为建筑必备设施，而且技术手段更加先进，与数字技术的联系更加紧密。从国家政策层面来讲，政府构建和谐社区的目标将推动安防监控系统的发展与普及。，例如：北京市2010年社区主要道路视频监控设施覆盖面达到80%以上；社区平房、未封闭楼房安装使用门磁报警器、楼宇对讲器系统等设施达到80%以上。

二．国内楼宇安防监控发展现状与趋势

中国安防监控技术大致起源于上世纪60年代初故宫博物院的安防报警系统。之后的若干年，中国安防监控一直是以防盗报警系统为主。目前从市场来讲，楼宇安防监控系统已经成为城市建筑的必选项目，也是小区建设的重点项目，这几年技术发展也非常迅速，智能化建筑的发展推动了此项目的发展。但是，目前国内的安防监控体系制造商竞争激烈，一些规模较大的通信、IT、家电企业纷纷推出视频监控产品，传统视频监控市场竞争格局逐渐发生变化。更多领域的厂商进入视频监控领域，说明视频监控市场本身蕴藏着巨大的机会。但相对于网络市场的高度竞争，视频监控市场的竞争还处在相对较低的层面，参与竞争的厂商实力，包括企业规模、研发能力、营销能力等普遍不强，主要依靠价格竞争。随着数字视频压缩编码技术的不断成熟，从上世纪90年代中后期开始，基于数字视频压缩编码技术的硬盘录像机开始出现在安防视频监控领域，基于多媒体计算机的多媒体监控系统以及基于网络传输的网络视频监控系统亦成为现代电视监控系统的主流。如今，国内很多从事电视监控设备生产或系统集成的厂家已经在上述综合型电视监控系统的研发上投入了很大的精力，并已取得初步成果。未来，数字化、IP化、智能化是视频监控发展的趋势，视频监控的IT化趋势也将更加明显。

三．楼宇监控安防系统的设计

1.系统设计思想

智能化安防监控系统的设计，必须充分应用现代电子信息技术、计算机技术与高科技通信技术，使得监控的效果更佳。

（1）模块化

必须坚持完整地一次性完成总方案设计。整个系统的综合布线和诸多自动化通信网络工程系统线缆布局，应同步地与土建工程同步进行实施预埋。防止边施工边修改，施工后在修改的情况出现。对于智能化大楼的建设，楼宇监控系统的设计还需要与其他的设备如通信、办公、自动控制等多方面地有机自动结合，实现智能化集成管理，这是安防系统发展的趋势。

（2）超前化

如果条件不成熟，也应该预留管道与接口，为未来施工留下余地。尤其要注意系统和自控设备的功能超前、创新实用、高效优化的组合。在建立完善网络结构化全面综合布线的前提下，整个智能化管理系统的主设备、关键部件及终端控制设施，可根据住户的实际经济能力，按分期分批逐步实施原则进入安装、调试运行。

（3）实用性

所开发的实用功能应能为用户实实在在地感受和使用，以人为本，充分体现幽雅舒适便利快捷的工作环境，并因此而提高工作效率，同时应与国情相符，与城市的基础设施和周边环境适应。在保证整个系统先进性、可靠性的前提下，力争做到性能价格比的最优化。

2.整个系统设计的要素

楼宇监控安防系统主要有几个方面的设备单元通过电路整合而成，主要包括：楼宇视频监控系统、楼宇对讲系统、楼宇报警系统等，以及各个部分均有相关的部件和设备组成。

（1）楼宇视频监控系统

摄像机设备是楼宇安防监控体系的主要设备，也是数量最多的设备，它就如整个楼宇监控的眼睛，24小时紧盯着楼宇的关键区域的动静。同时，它把视频信号转变成为数字信号，传输给显示器，显示器设备中的软件系统对信息进行处理，形成同步的集成视频。这样，只需要一两个监控人员就可以环视整个楼宇关键区域发生的异常情况。视频监控系统对所传输的图像信息具有切换、记录、重放、加工和复制等功能。

（2）楼宇门户对讲系统

对讲系统是一种成本低廉的安防系统。是在各单元口安装防盗门，小区总控中心的管理员总机、楼宇出入口的对讲主机、电控锁、闭门器及用户家中的可视对讲分机通过专用网络组成，以实现访客与住户对讲。住户可遥控开启防盗门，各单元梯口访客再通过对讲主机呼叫住户，对方同意后方可进入楼内，从而限制了非法人员进入。同时，若住户在家发生抢劫或突发疾病，可通过该系统通知保安人员以得到及时的支援和处理。

（3）周围红外线探测系统

一些建筑周边地区难以用视频设备实现完全监控，所以对于建筑或者小区周边安装红外探测器，利用主动红外移动探测器对越界行为进行监控，并连接到监控中心的报警中心，当有人非法进入时，探头即自动感应，触发报警，主机显示报警部位，同时联动相应的探照灯和摄像机，并在主机上自动切换成报警摄像画面，报警中心监控用计算机弹出电子地图并作报警记录。

（4）信号传输系统

传输部分是安防监控系统图像、声音、红外线等多种信号的传输路径。主要由同轴电缆、互联网线路等组成。视频传输部分要求在前端摄像机摄录的图像进行实时传输，同时要求传输具有损耗小，可靠的传输质量，图像在录像控制中心能够清晰还原显示。传输线路的设计应避开恶劣或磁场强的环境或易使管线损伤的地段，与其他管线不要交叉。在线路敷设方式上，对于扩建、改建工程可采用明敷设，可采用钢管或PVC管或线槽保护电缆。

（5）安防监控中心

控制部分就是安防监控系统的指挥中心，就是系统的大脑。它将视频摄像机获得的信号通过网络统一集成到这个指挥中心，负责视频信号的处理、记录、遥控等。同时，中心负责门户对讲系统的集中管理，负责集成报警系统的监控以及供电系统的维护等。指挥中心对内与业主联网，对外还可与公安"110"处警中心实现联网。当视频监控、对讲系统、红外探测等系统提出报警信息的时候，监控中心将立即自动进行报警，包括进行语音警告、警报器蜂鸣，同时在监控中心现实发生警报的位置，视频自动录像，链接110指挥中心等。

（6）辅助供电系统

电源的供给对于保证整个闭路监控报警系统的正常运转起到至关重要的作用，一旦电源受破坏即会导致整个系统处于瘫痪状态。系统的供电可以采用集中供电和分散供电两部分，用户可以根据实际的需要进行选择。

3.系统关键部分设计要求

（1）视频监控系统设计

摄像机的布控是设计关键。布控设计的时候主要考虑这样几个因素：监控范围的关键性与完整性、设备安装的美观性、设备安装的隐蔽性。关键性只要是指设备要安装在楼宇的关键区域，这个区域要能够对人员必经的出入之处以及容易发生安全问题的死角进行监控；完整性是指摄像机的分布要形成互相衔接，较少监控的盲区与死角；美观性是指摄像机的位置、形状、角度要得体、大方美观、与环境协调，一些内部元器件要安装在防护罩内；隐蔽性是指摄像机的安装尽力放在不易关注的地方，要照顾一般人员的感受，不要咄咄逼人地随时注视着业主，同时对于一些不法分子进行隐蔽的监视，可以让其防不胜防地暴露在显示器上。例如：摄像机的布防设计类型主要有：

a.大厅布控。

在大厅中央安装吸顶式集成式摄像机，将摄像机、云台、解码器等部件均安装在半球型防护罩内，能作水平360º、垂直90º运行旋转。如果使用可变焦的摄像机镜头，基本上能够对大厅的情况一目了然。

b.电梯布控。

电梯是容易激发违法分子犯法动机的易发点。处于美观与隐蔽的考虑，电梯内可以安装针孔型摄像机，它能与楼层显示器实施方便的连接，可正确清楚地观察与记录在电梯运行时进出人员的实际情况。

c.走廊布控。

走廊也适合安装集成摄像机，安装在走廊的顶端或者一段的角落。走廊不一定需要很大的旋转视角，但是需要变焦镜头（具体看走廊通道的长度），因为走廊的亮度相对较差，所以需要安装亮度较高的摄像机，以便在比较暗的灯光情况下也能看清楼内通道内人员的面容和相关活动情况，由于它具备隐蔽的特点，不影响大楼美观大方得体的布局。

d.楼宇周边地区布控。

楼宇的周边地区比较复杂，需要根据具体地形进行布控，做好防风防雨防晒措施，可以在楼宇的墙面，周围的路灯上，绿化地带内等地段进行安装，特别是要关注停车场这样的地段，进出大楼的相关人员都可观察与记录下来。

（2）门户对讲系统设计

视频监控属于小区集中监控系统，而楼宇对讲系统属于业主主动防御系统，具有积极的意义。通过楼寓对讲系统，实现控制开门，来访者在单元的可视门口机上选通住户，由住户确任后，按开门键开启单元门。选购楼宇对讲系统应该针对不同的住宅结构、小区分布和功能要求来选择，有些适宜于非封闭式管理的住宅，能够实现呼叫、对讲和开锁功能，并具有夜光指示的功能。封闭式管理的小区则可选用带有安全报警功能的室内机，用户可根据各自需要安装门磁、红外探头、烟雾报警、煤气泄漏报警装置等。一般在户数容较小的的多层房中采用直按式多线式产品，则既可达到对讲的基本功能，也可以合理配置节约系统投资成本。未来如要扩展为联网系统，只需在每个单元楼里，配置1台通讯转换器，即可将室内机传出的求助信号转换成数字信号，并发送到小区管理中心，在系统主机上显示和存储房号。为方便工程布线，根据不同的小区分布，大系统总线可采用星型布线和环型布线。为解决大系统信号衰减，在同一根电缆上视频双相传输双项放大可采用智能化信号增强器。封闭式的小区还可设置管理中心。管理中心机可储存报警记录，可随时查阅报警类型、时间和报警住户的楼栋号和房号，中心机可监控和呼叫整个小区与楼栋门口。

（3）红外线探头

小区园区及周界不可能都安装摄像机监控设备，所以摄像监控区总会有盲区。所以，选择防止越界的地点安装红外线探头，采用远距离主动红外对射探头，利用接口与总线相连，实现小区的周边防范。一旦小区周边有非法侵入，报警主机发出报警，指出报警的区域、时间、探头编号等。该系统主要由红外对射探头、系统主机及警号等组成。当周界有报警时，保安中心的报警控制主机，发出报警声并显示报警区域编号。系统采用总线结构，便于以后的扩展。系统具有防剪线功能，一旦出现剪线或损坏，能及时向管理中心报警。系统由红外、微波双探测器及闪光报警器构成，信号送至防控中心，并与电视系统合用矩阵控制系统/画面分割器、电视墙等控制设备。

（4）自动报警系统设计

自动报警系统是建立在视频监控、对讲系统、红外线探头监控系统的基础上，建立的信号警告系统。自动报警系统与电视监控系统相连接，将从用户对讲系统、户外红外线探头系统、消防火灾监控系统方面接受到的报警信号通过系统将信号送至电视监控系统，当有报警发生时，电视监控系统会自动将报警现场的图像切换到主监视器上。同时报警系统可按分区单独撤防布防。通过在大楼出入口、各层楼梯间出入口、走道、房门口等部位设置探头、摄影机，在室内安装火灾探头，通过这些设备完成报警监测。当报警发生时驱动声光报警装置，同时配语言报警单元，实现模拟人工报警，将警报通知公安部门。

4.互联网技术在安防监控中的运用

从楼宇安防设计的发展趋势来看，互联网技术的嵌入是未来发展的主要趋势。目前，大楼内安装的监控系统根据用户监控要求的不同大致可分为两种网络环境：主要提供大楼内部的安全保卫和物业管理需要，可利用大楼内的局域网络；对于个人用户，还比较关注的是可在办公室等异地，通过互联网络的支持随时可以监控到家里的安全和小孩生活的情况。利用楼宇内部现有的局域网资源，可将前端的摄像机和报警设备(如烟感、红外、门磁等)接入视频服务器，通过视频服务器的数字压缩处理，可将视频信号直接连入局域网内。在监控中心，安装网络视频监控系统，该系统在后台运行视频监控服务器程序，主要完成现场图像接收，用户登录管理，优先权的分配，控制信号的协调，图像的实时监控，录象的存储、检索、回放、备份、恢复等。保安和物业管理人员可利用自己的办公微机，在网络中随时监控现场的环境。通过网络视频监控系统，可以将一些公共区域的情况开放给业主，业主经过系统授权，可观看到指定的监控画面。

四．设计案例——***花园小区网络视频监控系统设计

作为广州十大明星楼盘之一的***花园小区，其开发商从系统应用的实际需求出发，在综合比较分析国内监控市场上各种监控模式及解决方案的基础上，在小区楼盘中采用基于网络视频服务器的第三代全数字网络视频监控管理系统。按照实际需求规划配置108台摄像机，分别对小区内部楼道、楼内大堂与电梯口、地下室停车场、小区周边出入口等重要地点进行视频图像监控。系统共配备27台网络视频服务器，分别安放在各楼栋的弱电房内。楼栋内以及附近地下车库的监控摄像机每4台摄像机就近接入弱电房内的网络视频服务器。网络视频服务器连入小区内部局域网将数字图像信号发送到监控中心。

根据上述开发商要求，系统设计单位和设备厂家协商做出以下解决方式：

1、由于网络视频服务器后台的"网络视频集中监控系统"管理软件具备最多16画面分割显示功能，而本系统总共有108路视频图像，全部要求实时录像和显示，因此，监控中心配置8台电脑并安装配套的"网络视频集中监控系统"管理软件，其中1台作为监控主机，执行系统管理以及对前端网络视频服务器设置的功能，实时调用显示任意一路视频图像或回放任意一路的历史录像资料，执行对任意监控点摄像机云台镜头的控制，但不执行录像功能；另外7台电脑作为监控副机（其中6台每台负责系统内指定的16路视频图像的显示、录像功能，另外1台负责系统内余下的12路视频图像的显示、录像功能。）执行指定视频图像的显示、录像功能。

2、监控副机均配备17英寸显示器，显示器固定安放在电视墙柜里，全屏显示直接组合成监视墙（即电视墙）；监控主机的显示器直接摆放在操作台上以便于日常操作管理；监控电脑机箱全部放置在机柜里。

3、考虑到操作台空间的有限性，再加上日常控制操作以监控主机为主，因此所有电脑通过切换器共用一套鼠标键盘实现控制管理操作。

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1.设备不统一

相对独立研发，通过添加一些简单的远程操作功能，称其产品数字家庭系统。一个家庭在多个独立的专有数字系统信息中，多个重叠数字家庭系统用户在功能上往往比较混乱。

2.产品不稳定

国内数字产业在数字家庭方面的发展中，并没有一个统一的相关标准规定，在这样的一个市场环境下，许多中型小型企业独立经营标准，加上市场炒作，不注意用户的实际体验，很多是简单增加在某一性能或功能基础上就投入市场，产品间的联系不强，互不相容，甚至互相干扰，不利于数字家庭系统的修改和扩展，只能给用户带来不好的影响。

二、智能系统在家居设计中的状态

从今天的产品体系看，国内还未树立完整的智能数字理念，市场提供的产品间大都无一定的功能与形式的联系，各类产品都独自研发与更新。部分产品研发程序中过多地在电器的使用初级阶段加入指令命令，没有一个完善的整体处理系统。构架内各类设备与电器产品联系较少，超控性能较低，使用效率不高，同时在核心的远程命令体验上的问题需要改进。从使用者的角度出发，智能数字家庭系统的出现首要功能是把人从烦琐的家庭工作解放出来，更多地来享受生活和工作之余归家的放松；同时能掌握家庭中的每一个信息数据，并分析相应的智能家电设备的智能操作以完成某些任务。此系统应用前景非常广阔，适应不同国家、地区人生活的功能需求；同时更应该注意到不同国家、地区、民族、季节等方面的不同，根据用户的需求量身定做对应的数据库、监控方式、信息源代码，保证信息记录与搜索的必要功能。

（一）智能家居系统的性能需求

1.系统10s从每个传感器节点收集的数据。

2.数据的准确性小数点后1位小数。

3.快速响应用户的请求。

4.问题处置利用图像控制。

5.各类参数信息建立在系统内，便于搜索。

（二）智能数字家庭系统功能层次

不同层的智能家居系统根据用户需求，根据硬件处理能力分配任务。系统划分为两层平台。一级使用嵌入式开发板硬件支持平台，与此同时，选择电脑作为二级处理系统平台。由于嵌入式设备的处理能力和内容容量限制，选择使用这个系统级负责数据收集平台，与一些复杂程度不高的智能家用电器的开启和关闭，发送数据到辅助平台，从个人电脑（PC）接受数据传输任务。所以利用PC机应用一个二级硬件设备、图像安保，目的是为使用者及时处置相关数据，同时处理数据的保存任务。在前期硬件设计过程中多级平台建设必须具有以下原则。

1.透明模拟。利用Java语言研发可供使用的仿真体系，并能够运行至少两个Windows和Linux操作系统上，系统抽象OSGI组件技术和设备的使用服务，以Bundle的形式。仿真平台是面向服务为主的，所以不必关心虚拟设备和服务真实设备。

2.可配置性。SmartHome是一个动态的设备，具有各种不确定因素的各式各样的工作。出现各种类型的检测要求。检测工作中会出现能搭档的数据模式。

3.模拟环节方便性能平台是二维图像版式。SHEmu平台是图形界面视觉显示领域的设备，设备工作状态之间具有互操作性，Xml通过配置文件来记录设备的不同状态，相应的图像资源在GU视图与其中某一个文件相搭配，实现不同视图对应不同设备的关系。

4.数据库统。SHEmu提供数据的分类，数据库的管理通过消息记录和初始信息来实施。

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1)冷冻水系统:冷冻水输配系统采用恒定温差变流量的二级泵系统，一级泵为定流量。根据使用功能及各环路阻力特性设置了三组二级泵，分别为:a．住院楼;b．门诊、医技楼;c．手术部、ICU等净化区域(四管制系统)。每组泵设一台备用泵，二级泵根据最不利环路压差信号变频运行。2)热水系统:采用变流量一级泵系统，系统变流量依据远端压差。冷、热水系统循环泵分别设置。两管制、四管制系统分别设置换热机组及管路。空调冷热水系统水平主管段采用同程式，垂直立管采用异程式。采用高位膨胀水箱定压、补水。主干管及主分支管回水管处设置静态平衡阀，用以调节水系统平衡。同时，空调机组、新风机组设置动态平衡电动两通调节阀，以实现动态平衡。风机盘管亦设置动态平衡电动两通双位阀。3)冷却水系统:采用开式机械循环，超低噪声横流冷却塔集中设置在住院楼南楼屋面，冷却水32℃/37℃。4)蒸汽凝结水:经过换热机组产生的80℃凝结水，接至卫生热水换热机组，预热洗浴用水，降温至35℃的凝结水储存至－2层制冷机房的凝结水箱，作为车库冲洗用水等其他洗涤用水。5)水处理:空调冷热水系统的补水设软水处理。制冷机组入口冷水、冷却水总管上设旁流动态离子过滤水处理器，对空调冷水/冷却水进行除垢、杀菌灭藻、除锈等处理，冷却水系统设置智能在线清洗装置。

1．2空调风系统

1)病房、门诊、办公等采用风机盘管加新风系统。新风系统按区域分散设置，不跨越防火分区，新风支管设机械式定风量阀，向室内定量供应空调新风;室外新风入口处设置电动密闭调节阀、电子空气消毒净化装置。2)输液大厅、大堂等大空间场所采用全空气系统，上送上回，空调机组变频控制，根据人流量和室外空气状态参数调节空调送风量。过渡季设置排风机组，实现全新风运行。3)消防安保中心、物管用房、变配电用房等，单独设置风冷热泵型分体空调器。4)手术室、产房、ICU等洁净区域部分采用独立净化空调系统。

2自动控制

2．1空调冷水系统

1)机组、水泵、冷却塔控制。机组冷水及冷却水出水管上设电动开、关阀及水流开关，冷却塔进水管上设电动开、关阀。冷水机组、冷水泵、冷却水泵和冷却塔联锁运行。启动顺序:各电动蝶阀打开冷却塔风机运转冷却水泵启动冷冻水泵启动冷水机组启动。停机顺序相反。2)机组、水泵、冷却塔群控。冷水总供水管及回水管上装设温度传感器，冷水供水管上设流量传感器。通过设计的冷水流量及供回水温差、微机计算出的系统冷量，与软件的设定值比较，以确定最优的主机开启台数及启动与其配套的水泵和冷却塔。3)冷水二级泵系统控制策略。二级泵为变流量运行，其控制信号来自最不利环路干管的供回水压差信号系统，该压差信号与设定值比较，在有偏差时，将会自动调整相关水泵的转速，以令该压差回到设定范围，从而保证末端供水流量的稳定，而又实现最大限度的节能。

2．2空调热水系统

1)换热机组二次侧出水管上设温度传感器，其温测信号传递给一次侧蒸汽入口处的自力式温度调节阀以调节温控阀的开度，控制蒸汽流量。2)空调热水为一级泵变流量运行，其控制信号来自最不利环路干管的供回水压差信号系统，该压差信号与设定值比较，在有偏差时，将会自动调整相关水泵的转速，以令该压差回到设定范围，从而保证末端供水流量的稳定，而又可有效的最大限度的节能。同时，用户侧泵的流量发生变化时，将影响到板式换热器一次侧的供回水温度的变化，为了维持一次侧的温差恒定，热水一次侧泵变流量运行。

2．3空调末端

1)风机盘管/吊柜(回风工况)控制。通、断水流或选择风机盘管风机低、中、高速运行，以维持室内的温度，同时调节各个末端设备之间的压力平衡。冬夏季工况自动转换。2)新风机控制。由设在主送风管上的温度传感器，经DDC控制器控制其回水管上的两通电动调节阀，以保持送风设定温度的稳定。电动阀与风机连锁。冬夏季工况自动转换。3)柜式、组合式空调器控制。由设在回风总管上的温度传感器，经DDC控制器控制其回水管上的两通电动调节阀以保持室内设定温度的稳定。电动阀与风机连锁，冬夏季工况自动转换。由DDC控制器根据设置在回风管上的二氧化碳浓度传感器信号控制新风、回风及排风管上电动风阀开度，以保证室内新风量及节约能源。过渡季节由DDC控制器根据室内温度信号控制新风、回风及排风管上电动风阀开度，由DDC控制器根据风管的风压信号变频控制系统中的所有风机转速，以维持室内温度。

2．4空调系统防冻设计及控制

在冬季空调水系统试压及调试期间，系统不运行时，其水系统应放空泄水以免冻裂末端设备铜管。在空调系统新风入口处设置电动风阀与其系统风机联锁，在空调系统表冷器后设置防冻开关。空调系统运行时，DDC控制器根据其信号控制空调器回水管上的电动二通阀开度。

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1系统介绍

1.1 CAN总线与互联网互联的发展状况CAN总线是一种有效支持分布式控制的串行通信网络，是德国BOSCH公司从20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而设计的一种串行数据通信协议，历经技术规范2.0A和2.0B后已形成CAN国际标准(ISO11898)

。CAN遵循OSI模型，按照OSI基准模型，CAN机构分为2层：数据链路层和物理层。按照IEEE802.2和802.3标准，数据链路层又划分为逻辑链路控制层(LLC)和媒体访问控制层(MAC)；物理层又划分为物理信令层(PLS)、物理媒体附属装置层(PMA)和媒体相关接口层(MDI)。由于CAN具有独特的优点，使得它在工业领域中得到广泛应用。

目前，基于CAN总线获得广泛应用的应用层协议有DeviceNet和CANOpen等。CAN具有以下主要特点[2]：(1)CAN为多主工作方式，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点送信息，而不分主从；

(2)在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求；

(3)CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间；(4)CAN节点只需通过对报文标识符滤波即可实现点对点、一对多点及全局广播几种方式传送接收数据；(5)CAN报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低；

(6)CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。

现场总线网络与工业以太网的结合使得企业的管理可以深入到测控现场，在这种互联方式下，由以太网构建信息网，通过两者的有机联接，从而构成一个中型/大型的远程监控/数据传输网络[3]。

1.2系统架构系统由温度、湿度测控器、CAN以太网通信转换器、服务器和客户端组成，如图1所示。

温度、湿度测控器主要负责现场温度、湿度数据的采集、处理、控制、显示、报警以及通过CAN总线与通信转换器进行数据交换。

CAN、以太网通信转换器主要负责CAN总线数据的发送和接收，并将CAN的数据通过局域网发送到服务器上。

服务器负责监控结果数据的存储和报表的存储，同时，向客户端提供访问服务。

客户端通过浏览器上因特网访问服务器上的数据并进行通信和控制。

2硬件设计温度、湿度测控器主要分为数据采集、控制和CAN总线通讯3部分

温度、湿度测控器的温度、湿度传感器采用瑞士图2温度、湿度测控器的硬件框图Fig.2 Structure of temperature and humidity controllerSENSIRION公司的SHT10，传感器包括1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件，并与1个14位A/D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。SHT10具有超快响应、抗干扰能力强等优点。

每个SHT10传感器都在极精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。两线制串行接口和内部基准电压，使系统集成变得简易快捷。温度、湿度测控器的MCU采用微芯公司的PIC18F2580，它是整个温度、湿度测控器的运算控制单元，它采用16位的RISC指令系统、哈佛总线结构、两级流水线取指等技术，具有32 KB快闪存内存、4 KB的RAM、片内看门狗、内部EEPROM、CAN控制器等丰富的片内资源，抗抗干扰性能强，功耗低，速度高[4]。PIC18F2580主要负责数据采集与控制，并与通信转换层适配器进行实时CAN总线数据的通信。

CAN与以太网通信转换层硬件框图如图3所示，它的处理器采用NXP公司的ARM7TDMI-S核的单片机LPC2378，是一款支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU，处理器时钟高达72MHz。片内含有高达512 KB的片内Flash和58 KB的片内SRAM存储器，具有强大的通信接口：10/100M以太网媒体访问控制器(MAC)，2路CAN-bus接口。

增强型外设4个32位捕获/比较定时器、1个带有2 KB电池SRAM的低功耗实时时钟、看门狗定时器和1个片内4 MHz的RC振荡器。LPC2378的强大功能为CAN和以太网的通信转换带来了极大方便[5]。

3软件设计软件设计的对象主要包括3部分：温度、湿度测控器的检测控制和CAN通信，CAN以太网通信转换，B/S平台。

3.1温度、湿度测控器的软件设计温度、湿度测控器的软件流程

它主要包括初始化子程序、CAN数据的接收和发送程序、显示程序、键盘扫描程序、控制程序。CAN数据的接收和发送对实时性要求比较高，故采用中断方式进行处理。微处理器PIC18F2580在程序开始首先要对CAN控制器模块进行初始化。主要通过测控器本身的地址标识的读取来对CAN控制器的过滤器和屏蔽器进行配置。屏蔽器用于确定标识符中的哪一位被过滤器检查，这样，一旦1条有效的信息被信息缓冲器MAB接收，信息的标识符区域将与过滤器值相比较，若相匹配，则信息将被装入接收缓冲器。微控制器收到CAN数据后，根据相应命令进行相应动作，如设置相应报警温度湿度、执行相应控制等，然后，做出相应的应答。

控制程序主要是通过串行接口对SHT10进行数据读取，并把读取数据与设定数据进行比较，运用bang-bang控制通过驱动电路控制中央空调，使得房间保持一定的温度和湿度。3.2 CAN与以太网通信转换软件设计3.2.1 LPC2378的CAN控制器与CAN总线间的数据传输LPC2378的CAN控制器带有1个完整的发送和接收缓冲器串行接口，它是1个双重接收缓冲器，有了这个双重的接收缓冲器，芯片可以在对1个报文进行处理时，可接收另一个报文，但它不含有验收滤波器。验收滤波器是独立的器件，它对所有CAN通道进行CAN标识符过滤。

数据从CAN控制器发送到CAN总线由CAN控制器自动完成。发送程序采用中断方式，中断方式发送程序分为发送主程序和中断服务程序。主程序用于控制信息的发送，中断服务程序负责发送临时存储区中的暂存信息。中断流程图见图5。

μC/OS-Ⅱ是一个包含时间管理、任务调度等基本功能的小型、轻量级的嵌入式实时操作系统的内核，而且LPC2378是基于ARMTDMI的ARM的内核，其内核与存储器结构都很适合操作系统的运行[6]。

以太网控制器采用uC/IP的协议栈，主要使用TCP/IP协议。TCP/IP是面向连接的协议，它在2个TCP之间创建1条虚连接，TCP在运输层使用流量控制和差错控制机制来保证数据的可靠性[7]。TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向流动。控制器作为客户端发起连接。通过TCP/IP数据的收发中断见图6。

对于TCP数据包，LCP2378取出数据，并存入数据区，对数据进行相应分析后，通过CAN控制器发到CAN总线上，对于从CAN总线上接收的数据，同样存入相应数据区，将数据按照TCP/IP进行封装发送。

图6与以太网通信的中断方式的数据收发Fig.6 Data exchange with Ethernet through Interruption4实验测试系统研制成功后，与多个带有32个节点CAN总线子网系统和以太网环境中进行测试。主要针对TCP/IP协议和CAN协议的数据通信实现对其性能和稳定性进行验证。图7所示为使用ZLGCANTest工具监测到的数据截图。

图7 CAN总线数据截图Fig.7 CAN field bus screenshot整个系统正式投入运行后，到目前为止已经投入运行半年时间，系统运行稳定，没有出现数据丢失或者由于总线冲突导致的节点自动脱离总线的现象。

5结论

(1)所设计的基于CAN总线与以太网互联的实时温度、湿度监控系统在某数据中心得到应用，系统中采用的底层使用CAN总线通信，中间层使用以太网通信，上层通过服务器与因特网连接，经过长时间的测试和运行，并与其他通信方式相比较，CAN总线通信方式稳定性良好，可靠性高。

(2)由于原数据中心测控装置分布较分散，房间数量多，导致房间温度、湿度控制不稳定甚至导致事故发生。采用该系统以后，不仅所有的房间温度、湿度可以乾地远程实时监控，而且整个测控系统的稳定性、准确性大大提高。

(3)实践证明，基于CAN总线与以太网互联的实时监控系统的系统是可行的，符合未来监控技术的发展趋势。另外，该系统也可以应用于其他需要实时监控的领域。

参考文献

[1]邬宽明.CAN总线原理与应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社，1996.WU Kuan-ming.The theory and application system design ofCAN bus[M].Beijing:Beihang University Presss，1996.

[2]饶运涛，邹继军，郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，2003.RAO Yun-tao，ZOU Ji-jun，ZHENG Yong-yun.The theory andapplication system design of CAN bus[M].Beijing:BeihangUniversity Presss，2003.

[3]XU Jian-ning，LIU Wei-dong，JI Yan-peng，et al.Remotemeasuring and controlling system based on Ethernet and CANbus[J].Computer Measurement&Control，2007，15(3):302?304.

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随着我国经济的飞速增长，航空业在近些年也得到了空前的发展，国内各大机场每天的航班起降次数也有非常显著的增加，这就给机场的安全可靠运行提出了更高的要求。机场导航站是机场安全运行的关键组成部分，通常情况下每个机场都需要很多个地面导航站为其服务。导航站通过无线传输技术，向空中飞行的飞机发送其所在位置、高度等等信息，以保证飞机能够安全飞行以及安全着陆。此外，导航站中的设备还配有备份动力系统以及空调系统等部件，这些部件工作时对于所处的环境有着一定的要求。譬如周围环境的温度、湿度、工作电压、工作电流等。传统的监测方式均是由工作人员对设备进行直接查看，这样不仅工作效率低，而且不能够实时掌握导航站设备运行的情况，一旦出现问题不能够及时进行解决，极大的影响着飞机的安全飞行。为了能够实现对导航站设备运行情况的实时监控，提高工作人员的工作效率，本文设计了一种机场导航站集中监控系统。下面就该系统的设计方案进行简要的描述。

1 系统设计思想

机场导航站集中监控系统的核心就是计算机，模块化设计是系统软、硬件结构设计的基本思想，同时系统还使用了多个传感器以及自动控制电路，通过LAN、E1、RS485实现导航站设备监测数据的远程传输，以及监测控制中心对导航站设备的远程控制。

2 系统所要监控的内容

机场导航站集中监控系统所需要监控的主要内容大致可以分为三大块：动力监控、环境监控以及报警监控。实施监控的主要方法为以下四种：a）遥测：监控中心可以控制系统所配置的多种传感器以及大量的监控设备来对所需要监控的数据进行远程采集。b）遥讯：监控中心通过该方式可以获得导航站设备的实际运行状态以及设备的原有参数。c）遥调：监控中心可以通过该方式对导航站设备的各种运行参数进行远距离调节。d）遥控：监控中心通过该方式对导航站设备进行远程控制。

3 系统总体设计

3.1 系统拓扑结构

本文所涉及的机场导航站集中监控系统主要由四大部分组成：监控中心客户端、数字视频与环境参数采集器（DVES）、分布式数据库应用服务器以及底层监控设备。在实际应用中，不同机场的规模以及所建设的导航站数量均有所不同，所以要想提高监控系统的适用性，就必须对系统组网以及灵活性进行优化设计。本文设计系统每个单元的连接方式可以用下图表示：

系统的一个监控单元就由一个DVES和与之相连的底层监控设备所组成，一个监控单元对应着监控一个导航站，但一个监控中心客户端却连接了多个控制单元，进而实现对多个导航站的监控。

3.2 系统组成

a）监控中心客户端：所谓监控中心客户端，实际上就是一个安装运行机场导航站集中监控系统的计算机，监控人员可以通过这个客户端获取所需要的监控信息，并对这些信息进行集中管理。而且，不同的监控中心客户端相互之间可以独立运行。监控人员可以在计算机中运行多个监控客户端，通过局域网或者Internet实现与监控现场DVES的连接，掌握底层监控设备运行过程中的任何数据。此外，系统还可以使用DCOM技术对系统的监控记录进行分布式保存，进一步完善监控系统数据库。

b）DVES：DVES在结构上可以分为两个部分：DVS以及串行数据接口卡。它是导航站监控系统中的重要组成部分，承担着监控数据采集的重要任务。

DVS数字视频服务器是使用Socket 完全封装传输控制协议的多线程服务器端，其主要作用就是对所采集到的视频数据进行处理并传输。DVS的开发过程会使用一些封装了必要数据处理以及传输接口方法的SDK开发包。串行数据接口卡是通过RS232与DVS实现连接的，它实质上适宜用可以即插即用的单片机系统。串行数据接口卡的结构可以用下表表示：

c）数据库应用服务器：机场导航站集中监控系统所采集的数据量与系统所底层连接的监控设备多少成正比例关系，所以对于具有众多监控设备的监控系统而言，分布式数据库是一种较好的数据存储结构。本文设计的系统就是使用了分布式数据存储技术，数据库与监控中心客户端直接的连接是通过DCOM接口来实现的，同时用户可以直接查看具体的交换过程。

以上对系统的设计理念、监控对象以及系统的总体结构进行了简要的介绍，机场导航站集中监控系统对于机场的安全运行有着非常重要的现实意义。今后，笔者将对系统的实际使用情况进行跟踪研究，以期进一步提高系统的运行性能及适用性。