劉翠風(fēng)

（瑞士偉拓嘉業(yè)新技術(shù)（北京）有限公司，北京 100176）

0 引言

本文結(jié)合實際市場需求，提出一種基于PIC18F67K22的BACnet空調(diào)控制終端設(shè)計，系統(tǒng)硬件主芯片采用PIC18F67K22，操作系統(tǒng)采用Wago BACnet適配器，設(shè)計要求實現(xiàn)2個基本功能：1.實現(xiàn)自動加熱/制冷轉(zhuǎn)換、自動加濕/除濕轉(zhuǎn)換，并且保持溫濕度平衡；2.實現(xiàn)節(jié)能控制。當(dāng)外界溫度低于或者高于一定值時，自動開啟室外通風(fēng)閥門，且當(dāng)設(shè)定時間內(nèi)達(dá)不到指定溫度時，自動開啟室內(nèi)2級電加熱設(shè)備,當(dāng)外界溫度不滿足要求時，自動開啟回風(fēng)閥，經(jīng)過測試，該設(shè)計方案可以滿足應(yīng)用的要求。

1 關(guān)于BACnet協(xié)議和MS/TP協(xié)議

1.1 BACnet協(xié)議

BACnet，即Building Automation and Control Network,是目前最具開放性和互操作性的通信協(xié)議，主要應(yīng)用在樓宇自控的通訊協(xié)議中。

BACnet協(xié)議是1987年由美國供暖制冷及空調(diào)工程師協(xié)會提出的專用于樓宇自控網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。提供了樓宇自控系統(tǒng)實現(xiàn)互操作的方法。BACnet標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，定義了一種具有屬性的“對象”來表示樓宇系統(tǒng)設(shè)備的功能，從而提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的表示樓宇自控設(shè)備的方式。設(shè)備間的互操作則用“服務(wù)”來表示。它是一種真正的、非專用的開放式通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1.1.1 BACnet的技術(shù)特點(diǎn)

BACnet數(shù)據(jù)通信協(xié)議主要用于建筑和智能家居行業(yè)，使用自動控制網(wǎng)絡(luò)的功能，系統(tǒng)組成單元使用相同的規(guī)則來定義，主要組成部分有數(shù)據(jù)實現(xiàn)途徑、使用的通信媒介、使用的功能及信息如何翻譯等。BACnet數(shù)據(jù)通信協(xié)議通常由5部分組成：5種局域網(wǎng)通信協(xié)議、相互通信的協(xié)議、信息數(shù)據(jù)的表示方式、建筑物自動控制設(shè)備功能。

BACnet是一種完全開放的計算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，它規(guī)范的是樓宇內(nèi)設(shè)備控制器之間的數(shù)據(jù)相互通信，可以很方便地實現(xiàn)計算機(jī)的智能空調(diào)控制、給排水自動控制、變配電和其他建筑設(shè)備系統(tǒng)的服務(wù)和協(xié)議[2]。

1.1.2 BACnet協(xié)議的優(yōu)勢

1）BACnet是一個完全開放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以應(yīng)用在樓宇自控、智能空調(diào)等的控制方面，可自由應(yīng)用。

2）BACnet已成為當(dāng)今樓宇自控和智能家居控制的主流技術(shù)，為智能控制制造商提供了最優(yōu)的控制方案，也為最終用戶提供了最方便、最舒適的控制效果。

3）BACnet作為樓宇自動控制系統(tǒng)，其發(fā)送的字節(jié)數(shù)大大減少，降 低了通信費(fèi)用，滿足樓宇自動控制系統(tǒng)的需要[2]。

1.2 MS/TP協(xié)議

BACnet標(biāo)準(zhǔn)是在網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間定義了一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議——MS／TP標(biāo)準(zhǔn)。MS/TP網(wǎng)絡(luò)是一個混合網(wǎng)絡(luò)，即在這種網(wǎng)絡(luò)中，存在兩種站點(diǎn)：主站點(diǎn)和從站點(diǎn)，這兩種站點(diǎn)的不對等的，兩種站點(diǎn)之間利用“令牌’機(jī)制進(jìn)行傳輸[3]。令牌會傳遞給不同的主站點(diǎn)，主站點(diǎn)只有在得到令牌時，才能發(fā)送數(shù)據(jù)，否則只能接受數(shù)據(jù)或者處于監(jiān)聽狀態(tài)。從站點(diǎn)永遠(yuǎn)不會得到令牌，只能接受數(shù)據(jù)或者處于監(jiān)聽狀態(tài)，只有在主站點(diǎn)發(fā)出邀請時才能發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)。MS／TP網(wǎng)絡(luò)是一種非常靈活的網(wǎng)絡(luò)，它既可以在混合模式下運(yùn)行，也可以在對等和主從模式下運(yùn)行。在該網(wǎng)絡(luò)中，站點(diǎn)地址只用一個字節(jié)來表示。主站點(diǎn)的地址編碼只能分配為0～127，所以該系統(tǒng)最多可以帶127個設(shè)備終端。從站點(diǎn)地址編碼可以分配為0～254，且不能與主站點(diǎn)地址重復(fù)。另外，在所有地址分配中，0地址比較特殊，它通常分配給與MS/TP網(wǎng)絡(luò)直接連接的路由器(主站點(diǎn))[4]。

2 硬件設(shè)計

2.1 電源設(shè)計

采用VR100和DRQ74-151進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換，預(yù)期效果很好。

2.2 數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)計

采用MAX1487，MAX1487是用于RS-485與RS-422通信的低功耗收發(fā)器，每個器件中都具有一個驅(qū)動器和一個接收器。通信傳輸線最多可掛128個收發(fā)器，MAX1487的驅(qū)動器有很高的傳輸速率，可以實現(xiàn)最高2.5Mbps。將DI與CPU的TXC相連，RO與CPU的RXD相連，通過DE和RE進(jìn)行發(fā)送和接受，其工作溫度為0℃～70℃，接收器輸入具有失效保護(hù)特性，當(dāng)輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出[5]。

2.3 邏輯設(shè)計

采用MICROCHIP推出的PIC18F67K22芯片，PIC18F87K22是12位A/D轉(zhuǎn)換器、采用nanoWatt XLP技術(shù)的64/80引腳高性能1Mb增強(qiáng)型閃存單片機(jī)。

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 Wago BACnet適配器簡介

BACnet configurator是BACnet CPU的配置軟件，該軟件的功能是將下位機(jī)程序的控制點(diǎn)位信息發(fā)送到控制中心，并生成BACnet標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的文件。Wago BACnet 適配器軟件是一款功能強(qiáng)大的工具，可以用在復(fù)雜多樣化的BACnet控制器的配置和操作上，配置界面可以看到網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)、控制器的地址、客戶的配置和實施到服務(wù)器。此外，使用瀏覽器可以實現(xiàn)查看BACnet工程的目的。

3.2 Wago BACnet適配器軟件安裝

3.2.1 軟件安裝

下載Wago BACnet configurator,按照說明安裝軟件即可。

3.2.2 硬件連接

硬件使用的適配器，按照標(biāo)示分別連接到計算機(jī)和產(chǎn)品，如圖1所示。

3.2.3 電腦設(shè)置

查看控制面板所有控制面板項網(wǎng)絡(luò)和共享中心，然后選擇本地連接的屬性，雙擊其中的internet協(xié)議版本（TCPIPV4），會出現(xiàn)輸入IP地址的對話框，選擇手動輸入IP地址，文中所用的IP地址為：192.168.92.69，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)：192.168.92.1，首選DNS服務(wù)器：192.168.92.2，按確定鍵，再次按確定鍵后退出。

打開IE，輸入http://192.168.92.68/，路由器的界面會打開，其中有4項波特率可選，選擇其中一個，但必須保證跟產(chǎn)品中的設(shè)置保持一致。

3.2.4 Wago BACnet軟件的使用

雙擊Wago打開軟件，如果配置正確，軟件會自動識別所連接的適配器和產(chǎn)品，如圖2所示，BASRTP-B為所連接的適配器，AEX-BAC[10101]為所連接的產(chǎn)品，10101為其地址。產(chǎn)品對應(yīng)的文件夾有3項：Device，inputs和Values。

3.2.5 測試實例

連接產(chǎn)品，通電，設(shè)置好相關(guān)的參數(shù)，圖2為主要輸出功能信息,其中,設(shè)定參數(shù)如下：

U1：室外溫度傳感器，U2：回風(fēng)溫度傳感器，U3：供風(fēng)溫度傳感器，U4：濕度傳感器，1A：室外模擬信號執(zhí)行器，2A：回風(fēng)模擬信號執(zhí)行器，1d：室內(nèi)制冷2級，2d：室內(nèi)制冷3級，3d：室外數(shù)字信號執(zhí)行器，4d：回風(fēng)數(shù)字信號執(zhí)行器，5d:加濕器，6d：除濕。實現(xiàn)控制功能如下：

1）設(shè)定2個回路：loop1為溫度回路，采集室內(nèi)溫度，即供風(fēng)溫度U3，手動設(shè)置一個設(shè)定點(diǎn)，當(dāng)設(shè)定點(diǎn)高于供風(fēng)溫度時，控制器實現(xiàn)加熱功能，提高供風(fēng)溫度，當(dāng)設(shè)定點(diǎn)低于供風(fēng)溫度時，控制器實現(xiàn)制冷功能。為了避免加熱和制冷的頻繁轉(zhuǎn)換，設(shè)定一個2℃的死區(qū)值，并設(shè)定2分鐘的轉(zhuǎn)換延時。設(shè)loop2為濕度回路，采集室內(nèi)濕度，手動設(shè)置一個設(shè)定點(diǎn)，當(dāng)設(shè)定點(diǎn)高于室內(nèi)濕度時，控制器實現(xiàn)加濕功能，提高室內(nèi)濕度，當(dāng)設(shè)定點(diǎn)低于室內(nèi)濕度時，控制器實現(xiàn)除濕功能。為了避免加濕和除濕的頻繁轉(zhuǎn)換，設(shè)定一個2%的死區(qū)值，并設(shè)定2min的轉(zhuǎn)換延時。

2）加熱/制冷控制可以進(jìn)一步實現(xiàn)節(jié)能控制，即采集室外溫度和回風(fēng)溫度，例如制冷狀態(tài)下，當(dāng)室外溫度比供風(fēng)溫度低5℃（為預(yù)先設(shè)定值，可更改）時，室外風(fēng)閥1A和3d打開，回風(fēng)閥2A和4d關(guān)閉，由室外提供供風(fēng)，如果5min（為預(yù)先設(shè)定值，可更改）后供風(fēng)溫度還沒有達(dá)到預(yù)定的溫度，室內(nèi)制冷2級開啟，如果還不能滿足要求，室內(nèi)制冷3級開啟，當(dāng)室外溫度與供風(fēng)溫度的差不滿足要求時，室外風(fēng)閥1A和3d關(guān)閉，回風(fēng)閥2A和4d打開，由室內(nèi)提供制冷控制。加熱狀態(tài)下與制冷同理，使用相關(guān)的加熱設(shè)備。

3）通過上述參數(shù)的讀和寫，實現(xiàn)對現(xiàn)場產(chǎn)品的監(jiān)控，通過更改設(shè)定點(diǎn)，預(yù)先設(shè)定參考值，并根據(jù)其與當(dāng)前值的差來控制現(xiàn)場風(fēng)機(jī)、電加熱、制冷、加濕、除濕等設(shè)備。

4 結(jié)束語

本文實現(xiàn)了對空調(diào)系統(tǒng)的實時監(jiān)控，通過上位機(jī)可視化操作界面，實現(xiàn)對室內(nèi)溫濕度控制以及其它狀態(tài)量的實時跟蹤，操作方便，便于管理。該控制系統(tǒng)可應(yīng)用在空氣系統(tǒng)（電加熱、串級控制、濕度控制、變速風(fēng)機(jī)控制）、水系統(tǒng)（2管制或者4管制風(fēng)機(jī)盤管、濕度控制、壓力控制）、散熱器控制和冷庫控制、水系統(tǒng)（散熱器、地采暖和冷輻射系統(tǒng)）、獨(dú)立的房間控制（酒店客房、會議室等）。同時，本文也反映了樓宇自動控制的最新流行趨勢，控制設(shè)計師可以根據(jù)實際情況，設(shè)計出符合樓宇系統(tǒng)客戶實際需要的操作地址，在wago中體現(xiàn)出來，更方便觀察和使用，實現(xiàn)最佳控制。上述的測試實例只是很小的一部分，可以根據(jù)客戶的要求設(shè)計更復(fù)雜更完善的控制方案。建筑物業(yè)主可以靈活地選擇設(shè)備和系統(tǒng)，而不受產(chǎn)品廠商的限制。

[1]梅英,戴瑜興.基于BACnet的樓宇自控系統(tǒng)工程設(shè)計[J].低壓電器,2008(4):5.

[2]董春利.BACnet樓宇自控協(xié)議及其應(yīng)用案例[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計量,2009(6):44-45.

[3]喬融.基于MS/TP和以太網(wǎng)的BACnet服務(wù)性能仿真與評估[D].重慶:重慶大學(xué),2007.

[4]李蘭輝,耿恒山.基于BACnet 協(xié)議的樓宇自控系統(tǒng)[Z].2008 年研究生學(xué)術(shù)交流會.

[5]王瑞華,王普,尹金玉,等.基于TCP/IP的樓宇自控網(wǎng)BACnet[J].測控技術(shù),2003,22(4):39.