智能楼宇设计大学毕业设计.docx
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智能楼宇设计大学毕业设计.docx
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智能楼宇设计大学毕业设计
石家庄铁道大学毕业设计
智能楼宇设计
IntelligentBuildingDesign
毕业设计成绩单
学生姓名
学号
班级
专业
自动化
毕业设计题目
智能楼宇设计
指导教师姓名
马月辉
指导教师职称
副教授
评定成绩
指导教师
得分
评阅人
得分
答辩小组组长
得分
成绩:
院长(主任)签字:
2011年月日
毕业设计任务书
题 目
智能楼宇系统设计
学生姓名
学号
班级
专业
自动化
承担指导任务单位
电气工程系
导师
姓名
导师
职称
副教授
一、主要内容
楼宇自动化系统的设计
二、基本要求
系统为开放性系统,体系结构必须灵活
三、主要技术指标(或研究方法)
趋势预测、状态日志、报警
四、应收集的资料及参考文献
IP、BMS相关资料
五、进度计划
1-3周课题调研、收集、学习参考资料,查阅外文资料,书写开题报告。
4-5周制定毕业设计方案。
6-13周设计硬件电路、确定各元件参数、软件算法。
14-15周整理并撰写毕业设计论文,提交论文给指导老师。
16周答辩。
教研室主任签字
时 间
2011年 月日
毕业设计开题报告
题目
智能楼宇设计
姓名
学号
班级
专业
自动化
一、智能楼宇研究背景及现状
由于国内智能楼宇的发展非常迅速,越来越多的开发商、业主及最终用户关注并投入到智能楼宇的发展,具有良好的应用前景和发展态势,再加上中国是发展中国家,充分利用网络资源是目前设计的基本原则之一。
我们国家的目前研究水平处于发展中,而欧美等发达国家中研究水平处于成熟阶段。
二、研究目的和意义
随着全球信息化进程的加快,人类社会正逐步步入以智力资源为首要依托的智能型社会。
城市作为经济技术的主要载体,也必将踏上以社会生活智能化为基本特征的发展道路,这是历史发展的必然选择,是城市功能演变的必然结果。
电脑走进我们的家庭生活,和我们日常生活的家庭居室更加紧密地结合起来,不但是我们住宅的一部分,而且是住宅中的神经中枢、控制中心,这与全球信息化浪潮的推动和人类社会的进步是分不开的。
电脑使我们的家成为一个更加迷人温馨的舒适之地,开启了人类家居生活的新纪元。
因此,不论从城市现代化建设的必然要求出发,还是从提高城市居民生活质量的需求出发,在我国加强数字化家园建设,已成为城市信息化建设不可或缺的重要组成部分,它的社会意义就在于:
(1)有利于物业管理基础工作走向科学化。
实现物业管理智能化,可以使管理信息得到有效的集中,大大减少数据的冗余,确保数据的准确性和及时性,使信息在物业管理中的威力得以发挥。
(2)有利于物业管理水平和效率不断提高。
在传统管理条件下,物业管理服务于经营过程中,信息流的反馈总是相对滞后,这种现象在财务管理中尤为突出。
通过管理的智能化,信息的处理和传递得以及时完成,使管理工作可以做到事前控制,从而提高企业的管理水平和效率。
(3)有利于节省土地,便于加强城市规划和管理。
实现住宅产业现代化,发展数字化住宅,将会淘汰掉一批规模小、素质差、实力弱的小公司和依靠投机发财的企业;经营不善、严重亏损的开发公司也将被排挤出局。
这样,那些经大风大浪“筛选”出来的优秀企业就可以集中精力发挥他们在技术创新等方面的优势,为百姓建造更多更好的住宅。
三、主要工作和所采用的方法、手段
1.自动抄表系统:
该系统主要有采集用户脉冲电能表电能量信息的采集终端、集中器、通讯信道和抄表中心等几个部分组成。
集中器数据可通过信道远距离传送到主站或经IC卡等介质集中抄收后输入到主站计算机实现足不出户就可抄回电量。
2.安全防护系统:
(1)防盗报警:
防盗报警系统是用物理方法或电子技术,自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为,产生报警信号。
(2)防火报警:
采用放射同位素组成的离子感烟传感器,其传感器主要是红外及感烟传感器(特别适用于室内)。
四、预期达到的效果
不仅实现楼宇的用户管理、信息查询,而且实现楼宇的自动抄表系统。
楼宇用户水、电、煤气三表输出的脉冲信息由智能控制器读出,管理中心读出三表读数,并打印出来。
先进的可以与银行联通,定期通过银行系统扣费,从而实现远程抄表与自动扣费结合。
对于智能建筑的管理者来讲,意味着通过网络管理平台,可以随时随地的提供信息与数据的编辑、储存、优化和查询。
管理者的需求与网络、议备和信息与数据始终联系在一起。
指导老师
完成日期
2011年月日
摘要
本文是针对智能建筑的水表、电表、煤气表抄表系统所作的研制。
经过对国内外相关技术和案例的分析、研究之后,结合楼宇的实际情况,设计了一套基于单片机控制技术的远程抄表系统。
该设计综合运用了传感器技术、单片机技术以及通信技术,实现了水表、电表、煤气表数据采集、存储、处理、传输等工作,使每一位住户的水表、煤气表数据准确传递给物业公司的中央控制室,以便查抄。
为了准确地实现水表、电表、煤气表数据地远程抄收,本文设计完成了以AT89C51为控制核心,同时具备远程数据采集功能和数据通信功能的系统的硬件设计和软件设计。
硬件设计部分包括:
(1)智能仪表部分。
主要包括通过传感器设计来完成物理量向电信号的转换;
(2)数据采集器部分。
主要包括单片机及其扩展接口的设计,信号调理电路、信号切换电路、模数转换电路设计,通讯接口设计。
在硬件设计过程中尽量做到简化结构,节省外围电路。
在软件设计上,主要针对数据采集器的数据采集功能和串行通讯功能进行程序的编写。
关键词:
智能楼宇远程抄表单片机
Abstract
Themeter-readingsysteminwatermeterandingasmeterforintelligentbuildingisdesignedinthispaper.Throughanalysisandstudyofthecorrelativetechniqueandcases,combinedwiththepracticalconditionsoftheresidentialquarters,theremotemeter-readingsystembasedonmicrocomputercontroltechniqueisdesigned.Thedesignconsiderssensortechnique,microcomputertechniqueandcommunicationtechniqueasmajorsupports.Basedonthesetechniques,datacollecting,dataprocessing,datastorageaswellasdatatransmittingarerealized.Thedataofthewatermeterandthegasmeterineveryfamilycanbetransmittedtothecentercontrolroomexactly.
Inordertocarryouttheremotereadingofthewatermetersandgasmetersaccurately,thispaperdesignedthehardwareandsoftwaresystem,whichusedAT89C51asthecontrolcoreandpossessedtheremotedatacollectinganddatecommunicationfunction.Thehardwaredesignincludedthefollows:
(1)Intelligentmetermodule,convertingthephysicalsignalstotheelectricalsignalsbythesensor.
(2)Dataacquisitionmodule,includingthedesignsofmicrocomputeranditsextendedinterface;thedesignsofsignaldemodulatorcircuit,signalswitchovercircuitandA/Dconvertedcircuit;thedesignofcommunicateinterface.Inthehardwaredesign,thispapertriestosimplifythesystemstructureandperipheralcircuit.Inthesoftwaredesign,theprogramsforcollectingdataandcommunicationaremade.
Keyword:
IntelligentbuildingRemotemeter-readingmicrocomputer.
第1章绪论
1.1引言
随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅速发展,智能化建筑在发达国家应运而生。
1984年美国哈特福特市将一座旧式大楼改造,并且对大楼的空调、电梯、照明和防盗等设备采用计算机进行监测控制,为客户提供说语音通信、文字处理、电子邮件和情报资料等信息服务,被称为世界上第一座智能化大楼。
次年,日本东京的一座智能大厦也相继成立,从此智能社区引起了世界各国的关注。
随后在各国相继形成热潮,我国也引进了这一新技术[1]。
智能楼宇是通过对建筑四个基本要素(结构、系统、服务、管理以及它们之间的内在关联)的优化考虑,提供一个投资合理,又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的环境。
由于“智能化”是一个相对的概念,“智能化”技术本身也正在不断地发展、完善、直至成熟,因此智能建筑智能化是一个过程,它应当随着智能化技术的发展和人们需求的不断增长而增长。
总的来说,智能建筑是利用现代4C(即计算机、通讯与网络、自控、IC卡)技术,通过有效的传输网络,将多元信息服务与管理、物业管理与安防、智能化系统集成,为楼宇的服务与管理提供高技术的智能化手段,以期实现快捷高效的超值服务与管理,提供安全舒适的环境[2]。
1.2课题背景
由于国内智能楼宇的发展非常迅速,越来越多的开发商、业主及最终用户关注并投入到智能楼宇的发展,具有良好的应用前景和发展态势,再加上中国是发展中国家,充分利用网络资源是目前设计的基本原则之一。
充分利用千兆以太网资源和有线电视宽带网资源,结合智能楼宇使用率的逐年提升特点,采用建筑结构充分预留和在网络上互连互融,按实际情况进行计算机千兆以太网互连分期实现,不论入户多少,均能实现低投入,满足l0M/100Mbit/s速率的要求。
[7]所以基于以太网建立智能楼宇管理系统既具有良好的发展前景和潜在的市场价值,又能满足中国国情的需要,建立起低成本的楼宇管理系统。
而且目前的建筑管理软件尚处在发展阶段,并未出现哪个软件占有绝对的市场份额。
综上所述,基于以太网的智能楼宇管理系统在国内还是一个比较前沿的课题,有一定的研究价值和经济价值[3]。
课题来源于国家教育部数字社区中心,属于横向课题。
同时由数字社区中心自主开发的第一代用户网关,在每一用户安装此网关,通过485总线与用户控制箱和八表、报警设备相连,能往建筑邮件服务器发送该用户的八表数据邮件、安防报警邮件、紧急呼救邮件和设备报警邮件。
由此从硬件的数据采集到数据发送均能实现,但上层软件和中间监控通讯层却没有实施方案,正好这个智能建筑管理系统能实现上层的监督管理作用,同时它是基于模块化设计的,很容易将用户网关作为一个模块添加到管理平台下;中间监控通讯层是由三个VB后台监控软件来实现,实时监控、接收邮件服务器的邮件,并做相应的数据分析、处理和用户信息的展现。
通过软件和硬件的相结合,基于B/S架构的智能楼宇管理系统能实现用户网关的智能控制功能[4]。
1.3国内外的发展与前景
1.3.1国外智能楼宇的发展
早在1979年,美国斯坦福研究所就提出了在建筑物内将家用电器、电气设备的控制线统一为家庭总线的概念。
之后,在美国成立了现代住宅研究会,专门从事这一领域的研究。
1983年,美国电子工业协会开始制定家庭电气设计标准。
1984年,美国住宅建筑者协会成立了现代住宅开发公司,开展有关基础性研究工作,并在1989年推出了将电力供应、空调控制和数据通讯合成为整体的布线系统示范单元。
欧洲在1986年把集成化的家庭系统研究列为尤利卡计划,大力进行研究。
在20世纪80年代,欧洲电气标准化委员会制定了家用数字总线标准,进一步规范化了智能住宅技术标准。
日本在80年代初就大力推进家庭电子化。
在80年代中期,将家用电器、保安设备、通讯设备功能综合后,提出了家庭自动化的新构想。
1988年,日本建立了住宅信息化促进会,主要开展家庭总线技术的研究,并且公布了总线标准。
近年来为了大型住宅小区的需要,又提出了超级家庭总线系统的概念。
1996年,日本推出多媒体技术引入智能住宅,并取得重要研究成果。
在东南亚,新加坡的智能建筑技术研究处于领先水平。
如宝德胜家庭智能化系统,己经用于30多个住宅小区。
在98亚洲家庭电器与电子消费品国展览会上展示的“未来之家”,其智能品质受到人们的关注。
智能住宅系统具有家庭安全自动化、家庭设备自动化和家庭通讯自动化的功能。
国外,智能网络家居常被称为“smarthome”。
现在己有不少地方,如加拿大、澳大利亚等地开发了这种智能网络家居社区。
这些社区都通过电子手段提供与社区有关的信息和服务。
这种方式不仅缩短了人们物理上的距离,而且给用户带来了许多方便。
住户可以远程监视、控制家中的各种设备,如提前打开空调、开关灯、收发传真等一系列内部事务。
这一智能化控制使得整个小区的智能化水平又提高了很多,当然这和国外网络普及应用水平和高国民收入是密不可分的[5]。
1.3.2国内智能楼宇的发展
我国对智能建筑的研究刚刚起步,但已经引起有关部门的高度重视。
一些大公司和房地产商己投入相当的力量,推动智能建筑的普及与推广。
1997年,建设部组织有关单位制定了《全国楼宇智能化系统示范工程建设要点与技术导则》(试行稿),对智能建筑设计规定了基本要求。
在上海、北京、大连、成都等城市,已先后建成不同规模、不同标准的智能化建筑。
在上海浦东新区建立了“信息城”,城中设有智能信息套房,作为智能楼宇的示范单元,展示现代高新技术服务于人类的美好前景。
虽然建筑智能化在国内出现只是近几年的事,但随着国家信息产业的发展和建筑功能的改善,人们需要加强对外交流,因此产生了智能建筑这一概念。
针对中国智能建筑市场己经形成,建设部设立了有关科研课题对其进行研究,但主要是在对现在的新技术、新产品进行优化、组合。
据建设部科学技术委员会智能建筑技术开发推广中心副主任黄久松介绍,为了避免投入、产出的效率问题,对市场进行科学管理,建设部将推出“建筑智能化管理暂行办法”,同时也将慢慢建立设计、施工、维护、检验等标准。
现在建设部对楼宇智能化方面的研究主要集中在满足通讯,为智能化提供基础、有线电视传播(娱乐)、计算机进入家庭、物业管理四大方面。
黄久松副主任认为将来的智能化建筑最好实现三网合一,有利于长远发展,便于小区管理,但其中有许多问题有待解决。
如何让人们居住的有限空间进一步改善,根据收入水平高低,满足不同人的需要已经不仅是建设部的问题了[6]。
1.3.3智能楼宇在我国的发展前景
由于我国大城市人口密集,居住集中,高层建筑楼群较为普及,以及现代高新技术的推广应用,导致了人们在建筑需求概念上的变革。
从以往追求居住的物理空间和豪华的装修向着享受现代化精神内涵与浪漫生活情趣的方向发展,追求更高的层次和境界。
因此,尽管智能建筑在我国刚刚起步,但却有着十分广阔的发展前景,市场潜力巨大,必将成为我国这个世纪建筑市场的主流。
1.4智能楼宇的分类
根据全国建筑智能化系统示范工程建设要点与技术导则,智能建筑可以分为一星级、二星级、三星级建筑。
一星级建筑:
具有安全防范子系统、信息管理子系统、信息网络子系统。
其中安全防范子系统包括出入口管理及周边防越报警、闭路电视监控、对讲与防盗门控、住户报警、巡更管理。
信息管理子系统包括远程抄表与管理IC卡、车辆出入与停车管理、供电设备、公共照明、电梯、供水等主要设备监控管理、紧急广播、物业管理计算机系统。
信息网络子系统包括为实现上述功能的科学合理布线。
二星级建筑:
二星级除了具备一星级的全部功能之外,同时在安全防范子系统和信息管理子系统的建设方面,其功能及技术水平应有较大提升。
信息传输通道应采用高速宽带数据网作为主干网。
物业管理计算机系统应配置局部网络,并可供用户联网使用。
三星级建筑:
三星级除了具备二星级全部功能,其中信息传输通道应采用宽带光纤用户接入网作为主干网,实现交互式数字视频业务。
三星级建筑智能化系统建设在可能条件下,应实施现代集成建造系统(HI-CIMS)技术,并把物业管理能化系统建设纳入整个楼宇建设中,作为HI-CIMS工程中一个子系统。
同时,考虑物业公司对其智能化系统管理的运行模式,使其实现先进性、可扩展性和科学性的管理。
1.5智能楼宇的构成与功能
楼宇的智能化系统可分为用户智能化系统、网络布线和管理中心三层结构。
用户智能控制包容了用户所需的所有功能,它以新技术来简化操作、方便用户、提高系统的智能化;网络布线的建设,将三者紧密地结合成一个统一的智能网络,并充分考虑到将来对宽带的需求;智能楼宇综合管理中心既是楼宇智能网络的管理中心,又是将楼宇局域网同广域网连接起来的通道。
在一定程度上,可以认为智能化建筑=楼宇的智能化+楼宇网络化。
具有何种档次的综合布线系统和通信网络平台,既是楼宇建设的主要投资之一,也是评价楼宇水平的重要标志。
特别是对楼宇的通信网络必须具有前瞻性,否则,有可能造成一步失误永远落后的尴尬局面。
智能楼宇的系统结构有着如下的特点:
首先采用先进的、符合标准的技术和设备;同时所有的系统均采用集散式的构造方式,既具有分散于各个住户的终端或设备,又通过网络集中到一个管理或控制中心,中心提供公共信息资源,或者对各个用户提供集中安全监控;最后,所有的智能系统既可独立,又可以在计算机网络的基础上实现集中管理。
通过集成化的各类互连社区局域网和现场检测网,实现社区用户间信息畅通、资源共享、安防监控、四表数据远传、多媒体通信渠道的信息化人文环境,实现三网合一,VOD视频点播和各类增值服务,形成一个实用、高效、开放的社区集成管理平台。
总的来说,智能楼宇应该具有安全自动化系统、通讯自动化系统和管理自动化系统。
(1)安全自动化系统
以空间来分,可分为室内部分和室外部分。
室内部分:
用户室内红外线探头、紧急救助、煤气泄漏、门磁系统、所有信息连接到用户室内智能控制器。
智能控制器负责数据采集,数据分析把分析结果传送到大厦管理中心,由大厦管理计算机作处理。
显示及打印情况,通知值班人员及110报警中心。
其各部分组成功能如下:
红外线防盗探测器在用户室内的每个入口及窗口安装红外线探测器,当有人非法进入时,红外线探测器触发报警,将信号传送至室内智能控制器,发出声光信号,智能控制器将此信号送至大厦管理中心,显示出哪一户、哪间房发生何种类型报警,值班人员即可调度就近保安人员现场查询及处理。
消防报警系统:
在客厅安装烟感或温感,当用户发生火灾时,触发报警,并将信号传送到报警中心。
门磁系统:
在门框上边中央位置安装一对门磁,当有人非法打开大门时,即报警,主机将信号传至控制中心。
室外部分:
在围墙端设立周界红外线对射报警系统。
一旦有人非法越墙时就报警,同时触发周界摄像机跟踪摄相和录相。
(2)通讯自动化系统
大厦的物业管理中心不仅是智能楼宇的网络管理控制中心,而且是大厦局域网连接Internet的通道。
大厦的每一个用户都连入大厦的局域网,可以通过管理中心的代理服务器连入Internet。
在大厦管理中心架设电子邮件服务器、域名服务器、WWW服务器,这样大厦的用户可以有自己的电子邮箱、个人主页。
管理中心提供大厦BBS(电子公告版)、VOD(视频点播)、网上电子商务等虚拟社区服务,极大的方便了大厦用户。
(3)管理自动化系统
不仅实现大厦的用户管理、信息查询,而且实现大厦的自动抄表系统。
大厦用户水、电、煤气三表输出的脉冲信息由智能控制器读出,再通过Lon网络传输到大厦的管理中心,管理中心读出三表读数,并打印出来。
先进的可以与银行联通,定期通过银行系统扣费,从而实现了远程抄表与自动扣费的结合[7]。
1.6智能楼宇的发展方向
智能建筑的发展始终伴随着时代科学技术的进步。
随着全球网络信息化的迅猛发展,e时代向智能建筑提出了新的挑战。
智能建筑发展已进入网络信息化应用的新阶段。
建立动态、交互和实时的网络信息系统集成平台是楼宇智能化发展的主要方向。
智能建筑.net发展战略实施目标,以原有的楼宇智能化技术基础上进一步融入.net关键性技术XML和基于全套Web集群服务器系列的柔性与集成,提供基于现有微软技术平台的具有高度可扩展性Web化建筑物和楼宇智能化集成解决方案。
创立基于Internet/Intranet网络化的智能建筑服务和管理的信息系统集成平台,目标就是将建筑物内的自动化监控系统与网络和信息应用系统集成在一个动态、交互和实时的管理和服务的平台上。
将建筑物传统的物业管理与网络化、信息化、自动化的应用功能结合在一起。
实现综合信息共享和交互,设备协同运作,管理网络信息化。
智能建筑的使用者和管理者可以通过互联网络随时随地的,并以智能方式所提供的浏览、存储和查询与信息和数据进行交互。
对于智能大厦的管理者来讲,意味着通过网络管理平台,可以随时随地的提供信息与数据的编辑、储存、优化和查询。
管理者的需求与网络、议备和信息与数据始终联系在一起。
智能建筑将永远不会有确定的定义,它将一代胜似一代的发展下去。
但是有一点是可以确定的,那就是智能建筑将永远走在时代科技发展的前列[8]。
1.7本文所要研究的主要内容
本文研究的重点是智能楼宇的抄表系统和防火防盗系统。
对于抄表系统和防火放到系统,从信息采集、传输到显示等方法上作了比较详细的分析。
楼宇智能化是人们对生存环境要求的一个质的转变。
科技进步日新月异,综合国力竞争日趋激烈,现代化水平不断提高,用计算机完成各种管理与统计工作就显得十分重要,它能显著减少管理人员工作量和提高科学管理水平。
第2章设计方案与元件简介
2.1方案选择
2.1.1抄表方案选择
常用的抄表方式分为以下几类:
手工抄表方式:
供电管理人员到现场抄取电度表的读数,然后计费。
手持式就地抄表系统:
这是一种简单的现场完成的自动抄表功能功能的方式,它采用的方法主要为无线通讯抄表系统、红外线抄表系统和超声波抄表系统。
移动式(抄表车)无线抄表系统:
利用汽车装载收发装置和无线电技术及电度表上的模块,在用户附近一定距离内接受电度表数。
自动抄表系统:
是由主站通过传输媒体将多个电能表电能量的记录值的信息集中抄读的系统。
该系统主要有采集用户脉冲电能表电能量信息的采集终端、集中器、通讯信道和抄表中心等几个部分组成。
集中器数据可通过信
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