论文题目：智能建筑电气监控系统扩展层的研究与设计
摘要：随着社会和科技的快速发展,大量的信息不断产生,人们对信息管理效率的要求随之提高,因此智能建筑电气监控系统的信息集成化发展是信息高效管理与资源合理配置的必然趋势。目前智能建筑电气监控系统所用组网技术种类繁杂,技术壁垒高,子系统间因通信协议不兼容导致难以集成和互操作。自主研发的L-N现场总线技术已具备现场层通信协议和电气监控协议,可根据用户需求定制化为特定功能子系统。针对多种独立子系统集成困难的问题,本文设计了智能建筑电气监控系统的扩展层。系统分为现场层和扩展层。现场层最小单元为节点,节点可监控连接于其上的电力开关、传感器和继电器等多种电气设备,并通过L-N总线收发现场层报文。每条L-N总线构成一个群,由一个群适配器管理。多个群适配器挂接在CAN总线上,与一个集成网关构成扩展层。扩展层协议既承载现场层报文的传输任务,实现子系统间的交互控制和信息反馈,又具有分段传输、消息广播、CAN总线错误管理、群适配器信息监控和配置等扩展层独立功能。针对一般分段传输方式内存消耗大的问题,设计一种具备动态优先级的报文分段传输方法,该方法实现了报文分片的快速重组,降低了内存资源的开销。群适配器以STC12C5A60S2芯片作为微控制器,其解析收到的扩展层报文,若需要转发则转换成现场层报文下发至节点;若为扩展层独立功能管理命令则执行该命令。集成网关以STM32F407ZGT6芯片作为微控制器,通过扩展层报文与群适配器通信,通过基于TCP/IP协议的服务器与用户传递文本报文或通过USB总线与用户传递USB报文。集成网关还遵循扩展层协议实时监控各通信接口的工作状态和群适配器的在线信息,并通过LCD显示。针对多网融合与通信协议交互的问题,提出一种多协议转换任务管理方法,实现了多种协议间的互操作。群适配器和集成网关通信接口专项测试的结果表明,各通信接口工作稳定、传输可靠。协议一致性测试的结果表明,群适配器和集成网关中运行的扩展层协议栈具有高度一致性,扩展层协议功能完整。系统应用测试的结果表明,扩展层能够承载现场层报文的传输,子系统互操作性高,多协议交互能力强。
关键词：智能建筑;电气监控;现场总线;协议;网关
学科专业：电路与系统
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 国内外相关研究与发展现状
1.3 课题研究内容与章节安排
第二章 智能建筑电气监控系统设计层次
2.1 系统结构设计
2.2 L-N总线节点的硬件设计
2.3 L-N总线网络协议的设计
2.3.1 L-N总线报文的结构
2.3.2 L-N总线报文的传输方式
2.4 系统扩展层总体设计
2.5 本章小结
第三章 智能建筑电气监控系统扩展层硬件设计
3.1 扩展层群适配器硬件设计
3.1.1 电源电路
3.1.2 L-N总线接口
3.1.3 CAN总线驱动
3.2 扩展层集成网关硬件设计
3.2.1 电源电路和USB接口
3.2.2 CAN总线驱动
3.2.3 以太网接口
3.3 本章小结
第四章 智能建筑电气监控系统扩展层软件设计
4.1 扩展层协议设计
4.1.1 扩展层报文格式定义
4.1.2 文本报文格式定义
4.1.3 USB报文格式定义
4.1.4 扩展层协议功能设计
4.1.5 具备动态优先级的报文分段传输方法
4.2 扩展层群适配器软件设计
4.2.1 群适配器软件流程
4.2.2 CAN协议控制器驱动模块
4.3 扩展层集成网关软件设计
4.3.1 集成网关模块规划
4.3.2 USB通信模块
4.3.3 服务器通信模块
4.3.4 多协议转换任务管理方法
4.4 本章小结
第五章 智能建筑电气监控系统扩展层测试与分析
5.1 扩展层设备测试
5.1.1 群适配器L-N总线接口测试
5.1.2 群适配器与集成网关CAN总线接口联合测试
5.1.3 集成网关USB接口测试
5.1.4 集成网关服务器软件测试
5.2 系统测试环境构建
5.3 系统测试
5.3.1 扩展层协议一致性测试
5.3.2 系统应用和互操作性测试
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献