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1、安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 40 页 第 1 页装订线第 1 章 绪论11 研究的背景及意义智能楼宇的发展史，是一个从监控到管理的发展史。1984 年在美国康涅狄格州哈特福德市，人们对一座旧的金融大楼进行了翻修改造，在楼内铺设了大量的通信电缆，增加了程控交换机和计算机等办公自动化设备，并将楼内的机电设各(如变配电、供水、空调和防火等设备)均用计算机控制和管理，实现了计算机与通信设施连接，向楼内的住户提供文字处理、语音传输、信息检索、发送电子邮件和信息资料等服务，实现了办公自动化、设备自动控制和通信自动化，成为智能楼宇第一次在世界上出现的标志。智能楼宇主要是考虑建筑物的结构、机电系统
2、、通信系统、办公系统和物业管理系统之间的内在关系，进行优化组合，来提供一个投资合理，具有高效、节能、舒适、便利的环境，使住户的生活更加便捷、舒适。从 20 世纪 80 年代起，由于微电脑技术的发展以及信号传输技术的进步，楼宇内部的中央监控系统发生了巨大变化，对楼宇内的各种设备不需要一对一地进行配线和状态监测。一对信号线就可以传送多种信号，所有设备的状态都可以显示于中央监控室内，很容易进行操作和管理，不但节省了人力，而且提高了效率。但是在控制方面，由于当时的现场控制器价格昂贵，功能也不完善，大部分的系统运算处理，仍需要集中到中央控制室内由主机进行处理。当时中央监控系统的功能，多限于设备初级状态的
3、变化显示，直接进行控制管理，以及对现场传来的数据进行运算处理等。以前需要由中央监控主机完成的各种功能，在 2l 世纪的今天，已经由一些低价格、高处理能力的现场控制器所取代。中央监控室的管理人员只要下达所需的指令，现场控制器就会自动参考其它数据，进行运算处理并控制相关的设备，以达到管理者的要求。这样，中央监控系统的主机就不需要再负担大量的数据运算工作，而中央监控系统的功能也逐渐由控制变为提供各种数据报表和专项统计文件。此时， “中央监控系统”的名称就逐渐变为“中央管理系统” ，其内涵的范围也由以前的集中监视、集中控制，扩大到集中监视、集中管理以及分散式控制。中央管理系统不断地将各种数据报表提供给
4、管理人员，管理人员通过分析数据报表，求得楼宇最低的运营成本( 如节省能源、节省人工成本等)，从而进一步提高楼字的附加值。当有灾害发生时，可以通过中央管理系统得知何时何地发生了何事故，便于事故处理人员迅速进行处理，减小事故带来的危害和影响。智能楼宇是多学科、高新技术的巧妙集成，也是综合经济实力的表现，大量高新技术竞相在此应用，使得高层建筑不再是一个城市的“孤岛” ，而是一个充满活力的、具有高工作效率的、有利于激发人们创造性的环境。智能楼宇是将楼宇自动化系统 BAS(Building Automation System)、办公自动化系统 OAS(Office Automation System)和
5、通信自动化系统 CAS(Communication Automation System)通过综合布线系统安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 40 页 第 2 页装订线GCS(Generic Cabling System)有机地结合在一起，并利用系统软件构建智能楼宇软件平台；实时信息、管理信息、决策信息、视频信息、语音信息以及各种其它信息通过网络进行传输，实现信息共享，以达到安全、舒适和便捷的工作环境；以提高工作效率为目的，达到节约能源和管理费用；克服重复投资、控制系统的分离、服务缺乏保证、管理功能不全等缺点，来达到实现可持续发展的目标。因此，智能楼宇代表了 21 世纪高层建筑的走向，具有强
6、大的生命力。12 相关研究的发展动态与现状(1)可视对讲技术的发展动态与现状对讲系统从上个世纪 80 年代兴起于日本和欧美，在欧美国家、香港、台湾等地区已经采用了近 20 年，国外的可视对讲产品主要有韩国和日本品牌。自从 1992 年起，国外的楼宇对讲产品制造商，陆续到中国大陆开拓市场。楼字对讲产品最早进入国内市场的是单户型与单元型楼宇对讲产品，并且功能比较单一，只能简单实现访客系统的基本功能。自从 2000 年以来，有实力的生产厂家集中开发联网型楼宇智能产品，楼宇智能系统的集成度越来越高，首先实现了多门口机与多管理机系统，接着集成了安防报警、小区服务及信息发布等功能，另外，还有一些厂家还集成
7、了三表远抄、监控以及巡更等系统，产品的性能也有进一步提高。对讲系统的数字化、网络化、信息化以及智能化是楼宇监控今后发展的主要方向。MOTOLORA 公司 2003 年年底在中国国际高新技术成果交易会上推出了数字化可视对讲系统，该系统不但具有对讲、监视等基本功能，还有多媒体帮助、访客留影、信息发布、广告服务等先进功能。当前采用的可视对讲系统是通过遥控摄像机及其辅助设备(如镜头，云台等)直接监看被监视场所的情况，把被监视场所的图像和声音传送到监控中心，用长时间录像机将图像记录在录像带上，为突发事件的及时反应和以后处理提供了方便条件和重要依据。虽然闭路电视监控系统在银行、商场等公共场所应用广泛，但是
8、在居住小区和楼宇公共安全防范系统中的应用却很少，一个重要的原因就是闭路电视监控系统所需的多画面分割器、长时间录像机等硬件设备价格昂贵。随着可视对讲产品成本的进一步降低、市场继续扩大、新技术的不断引入，可视对讲产品的功能也日趋多元化。如门口机模块中引入图像识别技术、指纹识别技术使系统更加人性化；采用音频和视频数字化技术、ARM 嵌入式技术可以使系统直接接入宽带网络；采用蓝牙技术可以实现免布线的无线楼宇对讲系统等。目前，规模较大的生产厂家在销售、工程安装、服务方面的成本居高不下，然而随着产品日趋标准化，工程安装服务社会化，产品成本也会逐步降低。总之，楼宇可视对讲产品的发展已经到了一个全新的阶段，但
9、是还有很多方面不很成熟，未来楼宇可视对讲产品将向新的高度发展。(2)通信控制方式的发展动态与现状楼宇可视对讲系统需要传输的信号主要有三类，分别是音频信号、视频信号和数据信号。在系统布线的过程中，需要重点考虑的是：音频传输质量、视频传输质安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 40 页 第 3 页装订线量以及数据传送质量的优劣。在介质材料上，目前主要以多芯线为主流方式，视频信号用同轴电缆传送，音频、数据以及电源线通常用 RVV 线，也可以使用网络线。传统工业控制的通信方式一般采用 RS232 和 RS485 总线，其主要缺点是无法构成多主结构，主节点任务繁忙，一旦主节点出现故障就可能引起整个系统
10、瘫痪。数据通信方式为命令响应式，数据传输效率较低，同时当通信下端出现异常时，数据不能立即上传，灵活性较差，不能适应实时性要求较高的场合，显然 RS232 和不能满足可视对讲系统的要求。本文采用二级总线结构，一级总线采用 CAN 总线，二级总线采用 RS485 总线。从当前国内外现场总线在楼宇智能化系统中的应用情况来看，Lon works 总线和CAN(Controller Area Network)总线使用较为广泛。CAN 总线在数据传输方面有着显著的优势( 详见第 3 章) ，它能够完全适应和胜任智能楼字可视对讲系统的工作环境与要求，其协议的充分性和完整性，使 CAN 总线在数据通讯中具有很
11、强的可靠性、实时性和灵活性，不会因网络负载重而导致网络瘫痪，其采用短帧结构使数据出错率极低，并且 CAN 总线的通信芯片价格低廉，使用方便；然而相比之下，Lon works 总线的成本较高，虽然它兼容 TCPIP 协议，但是并不能取代上层局域网直接挂接到 INTERNET 网上，另外，其仲裁方式很容易因数据无限重发而导致网络瘫痪，由此可见，Lon works 总线与 CAN 总线相比，前者在智能楼宇中应用没有优势。所以，该设计方案采用 CAN 总线来构建智能楼宇可视对讲系统的网络平台。13 国内楼宇对讲系统现存的主要问题1粗劣产品冲击市场 普及型楼宇对讲系统的技术含量不高，生产投资较少，市场又
12、看好，各种经济实体的厂家都一哄而上，打破原来只有几家大型企业独霸市场的格局，促进了各厂家在开发引进新产品，提高质量、降低成本、做好售后服务等方面的投入，相反，也带来了不少负作用。不少小工厂或者就是手工作坊，生产条件极差，整体素质低，毫无技术力量可言，更谈不上专业化，大批量的生产，一味粗制滥造，以廉价打人市场，冲击着市场上的优质产品，这些粗劣产品在刚开始安装使用楼宇对讲系统的地方，因故障频繁，给正常生活带来极大的不便，极坏影响，严重影响楼宇对讲系统的形象，对进一步发展市场起到较大的阻碍作用。2对讲系统的质量问题楼宇对讲系统是公共设备，又安装在室外，对质量要求较高，而目前质量的控制依赖于对电子元件
13、的严格重筛选和制造工艺的严格要求。国内电子元器件市场的结构及采购方式很难对元器件的质量有所控制，订做专业 IC，尽可能地替代独立元件，楼宇对讲系统的质量及使用寿命会大幅提高，降低制造工艺不完善造成的不良因素也会降低生产成本，实现批量化生产。3编码方式现在工程单位的技术水平参差不齐，而对讲系统的选址、编码基本上都采用现安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 40 页 第 4 页装订线场编码(批脚、拔号、剪线等方式)，易出现不少人为故障，如采取电子搜索编码，则可将其控制到最低。14 本文的结构及研究系统内容本文在介绍可视对讲及通信控制方式的发展和研究现状基础上，对传统可视对讲中主要存在的问题及解决
14、方法以及 CAN 通信的软、硬件设计方面进行较深入的探讨。全文的结构如下：第一章 可视对讲和通信控制的研究现状。第二章 系统硬件设计部分，对可视对讲系统几个主要问题和 CAN 通信的硬件接口电路进行分析、研究与设计。第三章 系统软件设计部分，给出了对键盘和显示界面软件设计流程图。第四章 系统调试部分，具体给出一些主要模块的单体调试和系统总体调试过程及方法。第五章 内容的总结和展望。针对用户在传统可视对讲使用中提出的问题，本文主要研究的内容是：1全双工对讲时存在声音啸叫现象。如何有效的减弱或消除啸叫是本设计中要解决的主要问题。2对讲时存在声音浑浊和失真现象。经过研究发现主要是由于扬声器负载和功放
15、输出阻抗不匹配引起的。另外，对讲时需要有效的抑制环境噪声。防止噪声信号窜入语音通道。同时需要解决视频信号放大和接口问题。3采用较先进的现场 CAN 总线通信，需要解析 CAN 协议中标准帧和扩展帧的格式、输入输出缓冲器和验收滤波器工作原理。需要进一步研究通信协议的执行约定、CAN 智能节点的电路实现、CAN 通信网络平台的构建等。可视对讲系统主要有三种工作方式：可视对讲方式、监听方式、群呼方式，系统需要研究在不同工作方式下继电器的切换响应。设计的主要特点是：1将工业中使用的 CAN 现场总线应用在可视对讲系统中。2将工程实际经验和理论知识有机结合。设计的系统以可靠性高、成本低、控制简单、易调试为追求的目标。安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 40 页 第 5 页装订线2、对讲系统硬件研究与设计部分21 系统总体设计思想本系统的硬件部分主要可分为中央处理芯片及外围电路、单片机与各房间的信号输入与驱动、主机与各
