楼宇自动化_智能建筑技术基础a40326

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1、智能建筑技术基础数据通信基础知识1. 基本概念u 信号：以时间为自变量，以表示消息(或数据)的某个参量(振幅、频率或相位)为因变量。信号按其因变量的取值是否连续可分为模拟信号和数字信号。u 模拟信号：信号的因变量完全随连续消息的变化而变化的信号。模拟信号的自变量可以是连续的，也可以是离散的；但其因变量一定是连续的。u 数字信号：表示消息的因变量是离散的，自变量时间的取值也是离散的信号。u 通信：将表示消息的信号从发送方(信源)传递到接收方(信宿)。既然信号可分为 模拟信号和数字信号，与之相对应的，通信也可分为模拟通信和数字通信。u 信道：用来传输表示消息的电信号的介质或通路。它可以是双绞线、同

2、轴电缆 、光缆、微波以及卫星链路等。u 噪声源：包括了影响该系统的所有噪声，如脉冲噪声(工业噪声等)和随机噪声( 信道噪声、发送设备噪声、接收设备噪声等) 。智能建筑技术基础2 模拟通信和数字通信 （1）模拟通信u利用模拟信号来传递消息u普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信信源调制器信道解调器信宿噪声源智能建筑技术基础（2）数字通信u利用数字信号来传递消息u计算机通信、数字电话以及数字电视都是数字通信信源信源编码器信道编码器调制器信道信道译码器信源译码器信宿解调器噪声源智能建筑技术基础（3）数字通信优点u抗干扰能力强u可实现高质量的远距离通信u能适应各种通信业务，各种消息（电报、电话、图像和

3、数据等） 都可以被变换为统一的二进制数字信号进行传输u能实现高保密通信u通信设备的集成化和微型化（4）数字通信缺点数字通信的最大缺点是占用的频带宽。以电话为例，一路模拟电话 占用4KHz 信道带宽，而一路数字电话所需要的数据传输率是64 Kbps ， 所需占用的带宽要远远大于4 KHz 智能建筑技术基础3 数据通信基础理论 （1）傅立叶变换信号具有时域和频域两种最基本的表现形式和特性。时域特性反映 信号随时间变化的情况。信号的时域特性表示出信号随时间变化的情况 。如正弦信号就可以表示为：f(t) =ASin( 2ft + )其中：A：振幅f：频率：初始相位幅度、频率以及相位是周期信号f (t)

4、的3个重要特性。智能建筑技术基础傅立叶变换：任何一个周期为T 的函数f (t)都是由无穷多个正弦函数 和余弦函数合成：智能建筑技术基础（2）信号的频谱与带宽u频谱：f (t)各次谐波的振幅An 按照频率高低依次排列起来所形成的谱 状图形。u绝对带宽：信号频谱所覆盖的频率范围。u有效带宽(简称带宽)：信号的大部分能量都集中在一个较小的范围之 内，这段频带称为带宽。u信号的带宽越大，利用这种信号传送数据的速率就越高，要求传输介 质的带宽也越大。常见信号的频谱和带宽：声音信号的频谱大致在20 Hz 2000 kHz 的 范围(低于20 Hz 的信号为次声波，高于2000 KHz的信号为超声波)，但用

5、 一个窄得多的带宽就能产生可接受话音的重现，因而话音信号的标准频谱 为300 Hz 3400 Hz ，其带宽为3 kHz 。电视信号的频谱为0 4 MHz ， 因此其带宽为4 MHz。智能建筑技术基础（3）信道的截止频率与带宽v没有任何信道能毫无损耗地通过所有频率分量；v所有的传输信道和设备对不同的频率分量的衰减程度是不同的；v截止频率：信号在信道传输过程中某个分量的振幅衰减到原来的 0.707(即输出信号的功率降低了一半)时所对应的那个频率称为信 道的截止频率(cut-off frequency )；v通常情况是频率为0 到fc 赫兹范围内的谐波在信道传输过程中不 发生衰减(或其衰减是一个非

6、常小的常量)，而在此fc 频率之上的所 有谐波在传输过程中衰减很大；v截止频率反映了传输介质本身所固有的物理特性 。智能建筑技术基础说明：在线路中可安装滤波器以限制每个用户使用的带宽v 截止频率：fcv 带宽：f2 - f1a) 单通滤波器 b) 双通滤波器0.7070.707AAfc f1 f2智能建筑技术基础（4）信道最大数据传输率数据传输率：单位时间内能传输的二进制位数Nyquist(奈魁斯特 1924)定理：对于无噪声的理想信道，任意连 续信号f (t)通过一个带宽为B 的信道后，其输出信号为一个带宽为B 的时间连续信号g (t)。如果要输出数字信号，还必须以一定的速率对g (t)进行

7、等间隔的抽 样。抽样速度高于每秒2B 次是无意义的，因为信号中高于信道带 宽B 以外 的高频分量已被信道衰减掉。如果g (t)由V 个离散化的电 平组成，即每次 抽样的可能结果为V 个离散化电平之一，则该信道的最大的数据传 输率Rmax为：Rmax = 2Blog2V(比特/秒)例如，一个无噪声带宽为3000Hz 的信道不能传送速率超过6000比 特/秒的二进制数字信号。 智能建筑技术基础Shannon香农定理：对于有噪声的信道，带宽为BH z ，信噪比为S/N的信 道 ，其最大数据传输率Rmax为：Rmax = Blog2(1+S/N )(比特/秒)其中，S 表示信号功率，N 表示噪声功率，

8、信号噪比通常使用10log10S/N 来 表示，单位是分贝(dB)。例如，对于一个带宽为3 kHz ，信噪比为35dB 的信道，无论其使用多少个 量化电平，也不管采样速度多快，其数据传输率不可能大于35000比特/秒， 计算过程如下：35 = 10 log10(S/N) S/N = 10 3.5 = 3162Rmax = Blog2(1+S/N ) = 3000*log2 (1+3162) 3000*11.6334880bps智能建筑技术基础（5）波特率（baud）和比特率（bit）的关系波特率：信号每秒钟变化的次数，也称调制速率。比特率：每秒钟传送的二进制位数。波特率与比特率的关系取决于信号

9、值与比特位的关系。例：每个信号值可表示位，则比特率是波特率的倍；每个信号值可表示位，则比特率和波特率相同。智能建筑技术基础计算机通信网络技术1. 计算机通信技术 信源信宿噪 声信道通信的目的是传递信息。产生和发送信息的设备称 为信源，接受信息的设备称为信宿。它们之间的通 信线路称作信道。信号在传递过程中可能受到的各 种干扰叫噪声。智能建筑技术基础2. 计算机网络拓扑结构指网络中各站点（或节点）和链路相互连接的方法 和形式。 星形拓扑网络中任何一个站点向另一个站点发送数据信息，必须先向中央节点发出申请，由中央节点在两站点之间建立通路，方可进行通信。HUB智能建筑技术基础 总线型拓扑 总线型拓扑采

10、用单根传输媒体作为主干（称为总线 ），所有的站点均通过相应的输入/输出接口直接链接 在总线上，属于多点连接式。网络中所有的站点平等 地共享总线；但是一次仅能一个站点发送信息，需要 一种传输媒体访问控制策略，以便决定下次由哪个站 点发送信息，一般采用分布式控制策略。 智能建筑技术基础 环形拓扑 环形拓扑的站点之间采用点对点的链接，信号在环 中由一个站点单向地传输到另一个站点，直到到达 目标站点为止。 智能建筑技术基础 树形拓扑 网络中任何一个站点向另一个站点发送信息时，首 先由根节点接受该信息，然后经其广播发送到全网的 各个站点。其优缺点与星形拓扑基本相同。 SERVERHUBHUBHUBHUB

11、智能建筑技术基础 星环形拓扑由一些连接在环形上的集线器再连接星形结构接到 每个用户站，兼备星形和环形拓扑的优点。 HUBHUBHUBHUB智能建筑技术基础3. 计算机网络的传输媒体传输媒体是将发送端（信源）和接受端（信宿）的 计算机或其他数字化设备链接起来，实现通信的物理 通路。 双绞线非屏蔽型双绞线电缆的结构智能建筑技术基础 同轴电缆智能建筑技术基础 光纤智能建筑技术基础国内颁布的智能建筑法规文件 1997年，建设部发布了建筑智能化系统工程设计管理暂行规定。1998年，建设部发布了智能建筑设计及系统集成资质管理规定。1999年，我国开始建设智能住宅小区。建设部于1999年12月，发布了全 国

12、住宅小区智能化系统示范工程建筑要点与技术导则。2000年，信息产业部先后主编了推荐性国家标准建筑与建筑群布线系统 工程设计规范(GBT50311-2000)和建筑与建筑群布线系统工程验收 规范(GBT50312-2000)。 2000年10月，国家建设部和国家质量监督局共同制定、颁布了我国第一个 智能建筑设计国家标准智能建筑设计标准(GBT50314-2000)。2002年，我国颁布了智能建筑工程质量验收规范(GB50307-2002)。 2005年10月，国家建设部联合科技部颁发了绿色建筑技术导则，为引 导、促进和规范绿色建筑的发展奠定了基础。智能建筑技术基础智能建筑系统集成模式 智能建筑技

13、术基础第一层次为子系统纵向集成，是设备控制层的集成，目的在于各子系统的具体功能的实现。第二层次为横向集成，是监控管理层的集成，主 要体现各子系统的联动和优化整合。在确立各子 系统重要性的基础上，实现几个关键子系统的协 调优化运行、报警联动控制等再生功能。第三层次为一体化集成，即在横向集成的基础上 ，实现中央一体化集成管理系统，即实现网络集 成、功能集成和软件界面的集成。 智能建筑技术基础综合布线系统（PDS, Premises Distribution System，又译为：GCS， Generic Cabling System）是智能建筑的“神经中枢”系统。通过综 合布线系统把其他三大系统有

14、机地综合起来，实现建筑物内各种数 据、图像等信息的快速传输和共享。智能化建筑系统的中心，是以 计算机为主体的控制管理中心，它通过综合布线系统与各种终端（ 电话、电脑、传真和数据采集等）和传感器终端（如烟雾、压力、 温度、湿度传感等）连接，“感知”建筑内各个空间的信息，并通 过计算机处理加工，给出相应的对策，再通过通信终端或控制终端 （如步进电机、阀门、电子锁或开关等）作出相应的反应，使得建 筑物显示出“智能”，这样建筑物内的所有设施都实行按需控制， 提高了建筑物的管理和使用效率，降低了能耗。 智能建筑技术基础系统集成技术（1）Internet/Intranet技术：因特网的普及和延伸使TCP/

15、IP协议成为事 实上的国际标准。Intranet的发展与千兆位以太网的成功应用，使以太 网成为智能建筑系统集成的基础。（2）现场总线技术：现场总线技术的发展使以太网正在从管理层、控 制层向现场层延伸。（3）中间件技术：浏览器/服务器计算模式将成为智能建筑集成系统主 要的计算模式，中间作将成为智能建筑系统集成的桥梁。（4）OPC枝术：OPC枝术及ODBC技术为系统集成开辟了新的途径， 采用OPC技术及ODBC技术实现智能建筑系统集成将成为智能建筑系统 集成的主要方式。OPC(OLE for Process Control, 用于过程控制的OLE)是一个工业标准 Object Linking and Embedding，对象连接与嵌入，简称OLE技术。OLE 不仅是桌面应用程序集成，而且还定义和实现了一种允许应用程 序作为软件“对象”(数据集合和操作数据的函数)彼此进行“连接”的机制，这种连接机制和协议称为组件对象模型（ COM）。智能建筑技术基础系统集成的实现途径（1）采用统一通信协议实现系统集成的方式（ BACnet、Lonworks）。（2）采用协议转换实现系统集成的方式。（3）采用OPC技术实现系统集成的方式。（4）采用ODBC/JDBC技术实现系统集成的方式 。OPC(OLE for Process Contr