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1、基于单总线技术的大楼环境监控系统基于单总线技术的大楼环境监控系统科技信息.科教视野 OSCIENCETECHNOLOGYINFORMATION2007 年第26 期基于单总线技术的大楼环境监控系统赵胜会f 三峡大学电气信息学院张莉莉湖北宜昌 443002)摘要:单总线技术是美国 Dallas 半导体公司近年推出的新技术.用单总线技术构建的智能化住宅智能化住宅监控系统,采用模块化结构,数字化探头结构,信号传输实现了全数字化,使系统具备了可靠性高,联网布线方便,易扩展等特点.关键词:单总线;协议;智能化;监控1.引言计算机与外设之间进行数据传输时常用的串行总线主要有 I2C总线,SPI 总线和 S
2、CI 总线.这些总线至少需要两条或两条以上的信号线.单总线技术是近年来由 Maxim 的全资子公司 Dallas 半导体公司近年推出的新技术.该技术与上述总线不同,它采用单根信号线,将地址线,数据线,控制线合为 l 根信号线,而且数据传输是双向的.同时允许在这根信号线上挂接数百个单总线器件芯片.2.单总线设备的内部结构及构建系统原理2.1 单总线设备内部结构及工作原理基于单总线的每个设备内部均有 1 个出厂前被光刻好的 64 位 ROM 序列号,它可以看作是该芯片的地址序列码.开始 8 位是产品类型标号;接着的 48 位是该芯片自身的序列号,用以保证在同类芯片中的唯一性;最后 8 位是前面 5
3、6 位的循环冗余校验码.以确保数据传输的可靠性.光刻 ROM 的作用是使每个“单总线“器件的地址都各不相同,这是定位和寻址器件实现单总线测控功能的前提条件并以此为依据实现 1 根总线上挂接多个“单总线“芯片.芯片内部集成有收发控制电路和电源存储电路.芯片的耗电量很小,从总线上“偷“一点电(空闲时几 w,工作时几 mw)存储在片内的电容中就可正常工作.一般不用另附电源.最可贵的是这些芯片在检测点已把被测信号数字化了.因此在单总线上传送的是数字信号,这使得系统的抗干扰性能好,可靠性高,传输距离远.2.2 传统监控系统通常的监控系统设计方案是选用一块性能符合要求的多路数据采集(A/D)卡,与 PC
4、机或单片机的并行 El 相联,然后把各种传感器送来的模拟信号经多路转换开关加到 A/D 上,转换成数字信号后交计算机进行处理.但是这样设计至少存在两大缺点:其一,要拉一大把线路才能把现场传感器的信号送到采集卡上,布线施工麻烦,成本高;其二,线路上传送的是模拟信号,易受干扰,易被损耗.因此,这种方案的性价比较低.而单总线技术能有效地克服上述缺点.2.3 单总线设备组建计算机监控系统的工作原理利用单总线设备组建计算机监控系统时通常采用主从结构方式,主机可以采用 PC机.单总线器件作为从机,它们之间数据交换通常采用双绞线即可实现.单总线设备通过一个漏极开路或三态端口连至数据线,以允许设备在不发送数据
5、时能够释放总线.而让其它设备使用总线.单总线通常要求外接一个约为 4.7kn 的上拉电阻,这样,当总线闲置时,其状态为高电平.主机和从机之间的通信可通过 3 个步骤完成,分别为初始化 1-wire 器件,识别 1-wire 器件和交换数据.由于它们是主从结构,只有主机呼叫从机时,从机才能应答,因此主机访问 1-wire 器件都必须严格遵循单总线命令序列.当只有一个从机设备时.系统可按单节点系统操作;当有多个从设备时,系统则按多节点系统操作.图 1 所示是主从结构原理示意图.图 1 主从结构原理示意图2.4 单总线监控系统的特点单总线技术具有节省 I/O 口线资源,结构简单,成本低廉,便于总线扩
6、展和维护等优点,因此.在分布式测控系统中有着广泛应用.同时线总线是众多现场总线中极具竞争力18的一种.它具备与计算机进行数字通讯,总线负载量大,布局简练,精度高,性能稳定,价格便宜等多方面优点,是工业现场系统设计的高级境界.一线总线的真正优势在于:作为信号源,无须考虑如何解决通讯协议问题;在绝大多数场合,不用考虑总线上连接的传感器数量;在大多数场合甚至不需另外提供电源.一线总线的发展对于目前各种总线之间的通讯协议壁垒已构成强烈的冲击.它的最大好处就是使用起来更方便.一线总线技术还在不断更进,不断推出新的器件,仪表,在传输距离,传输速度方面还有待于提高,但是在大多数现场,一线总线是简单,经济,实
7、用的.3.系统硬件组建基于单总线环境状态监控系统从功能上看大致可以分为以下几个部分:上位机;单总线协议转换器;现场采集模块.具体布线时只需用一条双绞线(一根为信号线.一根为地线)从计算机拉向监控现场,然后将各种监控对象挂在其上就可以了,其示意图如图 2 所示.图中是以 PC 机串行 El 作输出的:单总线技术也允许从PC 机或单片机并行口的某一位输出.图 2 单总线环境监控系统结构示意图嚣该技术作用距离通常为 300 米,经扩展可达 2000 米.可以组建成一个由 PC 机驱动的微型局域网,该网干线长度可达 200 米.可挂 20路支线;支线长度可达 5O 米,可挂 3O 个器件,能满足一般环
8、境监控系统的要求.3.1 硬件配置单总线专用芯片的种类,型号比较多,例如国外的有 Dallas 公司,国内的有长英科技等,组建系统时可以参看相关数据及资料.总的来讲,系统硬件的组建包括几个必要的功能模块,这几个模块是上位机,单总线协议转换器,单总线扩展器件,数字温,湿度测量元件,模拟量输入接口器件,开关量输入接口器件,开关量输出接口器件.3.2 上位机上位机的选择可以有多种方案,本文图 2 中上位机为 PC 机,数据通讯经 PC 机串行口输入输出(数据也可从并行口输入输出);也可以选用单片机作上位机,这时数据从单片机并行口的某一位输入输出:还可选用 PLC 作上位机.3.3 单总线协议转换器当
9、如果系统所要监视测控的参数对属于低速范围.则采用 PC 机作上位机,利用其串行口 RS232 连接组建网络非常方便.但是在环境监控系统中,测控对象很多.串行口 RS232 不能同时挂上许多测控对象,同时也考虑到单总线也是一种现场总线,其协议是基于 RS 一 485RS-422.因此必须作 RS 一 232 和 RS-485RS-422之间的电平转换.要实现这个转换最方便的做法是采用一个单总线适配器,实现与 PC 机的连接.Dallas 公司提供 DS9097 等型号的适配器,它可完成多线对一线的转换及电平的变换.3.4 数字温度计适合单总线的测温元件很多.在环境温度检测方面最典型的产品有 DS
10、1820,达拉斯公司提供了多种数字温度计.适合单总线应用的典型产品是 DS1820,该温度计是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系,通过对振荡周期的计数来实(下转第 28 页)-离圉丽.协器雾僦科技僖|o 科教视野 o2007 年第 26 期浅谈住宅室内环境质量检测及防治赵冬花(周口市建设工程质量安全监督站河南周口 466000)随着物质生活的提高和精神生活的丰富.人们对其居所舒适度的要求也越来越高.对居所的装修程序也越来越全面,精良,然而建筑材料和装修材料对室内环境产生的污染和对人民的身体健康的损害也引起社会各界和相关部门的重视.对此国家出台了国家标准等一系列法规以及规范民用建筑工业室内环境
11、污染物控制规范)GB5032520o1 以下简称规范,以污染物的性质,取样,检测方法,结果判断作出了明确规定,作为规范的执行者.有必要对规范进行全面了解并认真贯彻执行.以控制室内环境,污染.满足人民正常生活的需要,以我们不可推卸的责任和义务.一,要认识运用规范应从以下几个方面进一步对规范进行了解:1.民用建筑室内环境主要污染物的种类及其限量经过大量科学研究调查表明室内环境污染物主要有甲醛,氨,苯及总挥发性有机化合物(TVOC)及氡五种类,按照 GB5032520o1 规定其限量为:荇染物 I 类民建工程 II 类民建工程氡 B 咖2004O0甲醛 mg,m0.080.12萃 mg珂0.090.
12、09氨 mg/m30.20.5TVOCmg/m30.50.6注:1.裹中污染物浓度限量除氯外相应以同步测定的室外上风向空气相应相应结为空白值;2.裹中污染物浓度测量值的极限判定值采用全数比较法.a 接居住时间长短分:I 粪民用建筑:住宅,医院,当年建筑,幼儿园,学校教室等民用建筑工程.lI 类:民用建筑工穗:办公楼,商店,旅馆,文化娱乐场所,书店,图书馆,展览馆,公共交通等侯室,体育馆,餐厅,理发店等民用建筑工程.二,取样方法:1.注意事项民用建筑工程及室内装修工程的室内环境质量验收,应在工程竣工至少 713 后.工程交付使用前进行.现场布置甲醛,苯,氡,总挥发性有机化合物检测点应门窗有一定距
13、离.距离内墙不小于 0.5m,距楼地面高度 0.81.5m,检测点应均匀分布.避开通风口和通风道.对采用中央空调的民用建筑工程应在空调正常运转的条件下进行.对采用自然通风的民用建筑工程,应在外门窗自然关闭状态下 1h 后进行,其中对于自然通风的民用建筑工程氡浓度检测应在房间外门窗自然关闭状态下 24h 后进行.采样时检测点可采用交叉布点斜线布点或梅花样布点,布点应考虑现场的平面布局和立体布局,范围应包括不同功能的自然间,采样时应准确记录现场湿度,温度下大气压强,采样时间,采样流量以便准确分析出各种污染物的含量.2.取样数量工程竣工后检测时.应抽检具有代表性的房问.抽样数量不得少于自然房间总数的
14、 5%,且不少于 3 间,当房问数少于 3 间时,应全检,对于进行了样板间浓度检测且检测结果符合规范要求时.检测数量可以减半,但不得少于 3 间.室内环境检测点数应根据实际面积合理布置测点.三,检测采用的现行国家标准及方法民用建筑工程竣工验收检测时根据室内有无可移动家具分别采用室内空气氡可采用环境空气中氡的标准测量方法),GB145821993和 GB503252001民用建筑工程室内环境污染物控制规范进行测定.甲醛,苯,氨挥发性有机化合物的测定可接:GB/T188832002(室内空气质量标准和 GB503252001民用建筑工程室内环境污染物控制规范测定.四,结果判定和外理:室内环境污染物
15、浓度的全部检测结果符合规范限量时.可判室内环境质量合格.原则,其中有一项不符合规范要求不能判定室内环境质量合格.当室内环境污染物浓度检测结果不符合规定规范时.应在查出原因并采取措施进行处理后,对不合格项进行再次检测,(检测数量应增加一倍),复检时,应包括不合格房间及同类型层问.复检结果全部符合规范规定时仍可判定室内环境质量合格.对于室内环境质量验收不合格的民用建筑工程不得投入使用.五,室内环境质量的防治1.采用自然和机械通风,以降低室内氡浓度2.对于一些容易造成室内污染的材料应尽量选择原木式其它符合国家标准要求的绿色环保建材.3.规范施工工艺,尽可能少采用有胶粘剂等外加剂的材料.做到尽量避免因
16、施工工艺而产的重复污染.4.加强房屋通风换气.有利于室内有害气体的散发和排出,对采取空调系统的房间应改善空调系统保证新风量和换气量.5.采取室内空气净化装置和空气换气装置.有效利用室内绿化,净化室内空气.如在室内种植吊兰,芦荟等植物或放置活性炭以降低室内有害气体对室内环境的污染.(上接第 18 页)现温度测量的.3.5A/D 转换器为了增强系统检测功能,可以在在单总线上直接挂上 A,D 转换器.在有此 A/D 转换器的前提下.各种非电物理量只要通过传感器变为电压量,就可由 A/D 采集后经单总线送到计算机进行处理.达拉斯公司推出的 DS2450 就是这样的 A/D 转换器,一片DS2450 支持 4 路模拟输入通道.两种模拟输入量程:一个数据输出口,以 16.3kbps 的速率通信,超速模式可达 142kbps.3.6 可寻址控制开关在测控系统中.开关量控制是应用较的.对计算机来讲,则是送出一位 O 或 1 控制码信号,用它去触发被控电路.一般先触发光电耦合器,然后启动继电器,晶闸管或固体继电器等合适的开关器件.达拉斯公司提供
