智能建筑测控终端硬件设计办法

导语：智能建筑测控终端硬件设计办法一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

0引言

建筑物现场数据的及时获取是进行智能化分析与控制的基础，如何快速、有效地获取建筑物现场的各类数据成为智能建筑研究的重要领域。智能建筑系统具有测控对象种类多，位置分散，数量大等特点；建筑物监控现场的通讯方式一般采用RS485、LonWorks、以太网等方式，其明显的缺点是现场安装布线繁琐，组网复杂，成本较高，虽然可以使用WIFI通讯，但功耗大，通讯距离短，成本高[1]。随着WSN无线传感网络技术的不断发展，近年来出现了面向现场低成本无线组网应用的ZigBee技术[2]。ZigBee技术具有成本低，可组星型、树型、Mesh网络，功耗低，网络容量大，网络链路建立时间短的优点[3-4]，特别适合用于智能建筑测控终端通讯。本文介绍了基于TI第二代SOCZigBee芯片CC2531的测控终端的总体方案设计和实现方法。

1系统总体设计

智能建筑测控终端是智能建筑系统中的核心子模块之一，它负责采集现场数据，对数据进行初步处理，通过通讯系统向中央智能监控软件传输数据，接受中央监控软件的指令，按照一定的控制策略控制现场电气设备运行。测控终端由MCU与ZigBee收发模块、传感器模块、执行模块、数字输入模块、RS485模块，USB模块，RTC模块、FLASH存储模块，电源模块组成，与相应的传感器和执行器组合可以实现灯光控制，环境控制，安防控制，火灾报警等功能。MCU与ZigBee收发模块实现运算、控制、ZigBee通讯，传感器模块包括温湿度传感器、CO2传感器，用于检测环境温、湿度、二氧化碳浓度，执行器包括继电器输出、声光报警器，数字输入模块用于外接人体感应红外热释传感器、烟雾报警器等，RS485模块用于作为中央空调测控接口，USB模块用于进行维护配置，RTC模块用于产生系统时钟，FLASH存储模块用于保存参数和运行数据，电源模块为市电和电池主备双供电系统，当火灾等原因造成停电时，测控终端还能依靠电池工作。

2硬件设计

2.1MCU与ZigBee收发模块

测控终端的MCU需要具有足够的GPIO，AD，UART等外围接口，本方案采用TI第二代单芯片SOCZigBee解决方案CC2531[5]作为主控芯片。CC2531是一颗具有USB接口的ZigBee和IEEE802.15.4SOC芯片。CC2531集成了兼容IEEE802.15.4的2.4GHzRF收发器、增强工业标准的8051MCU核、在系统可编程的256KBFlash、8KBRAM、八通道12位ADC、两个功能强大的USART接口和许多其他强大的功能；发射功率最大达4.5dBm(可编程)，接收机的接收灵敏度为-97dBm。ZigBee收发模块由片内2.4GRF收发器和片外的输入/输出阻抗匹配电路、天线组成。输入/输出匹配电路使用一片JOHANSON公司的集成Balun低通滤波器2450BM15A0002[6]，CC2531的RF_N、RF_P引脚连接到低通滤波器2450BM15A0002的BAL平衡引脚，然后通过2450BM15A0002的Unbal非平衡引脚连接到天线，接收或发送射频信号。

2.2温湿度传感器模块

为实现对建筑物现场的温湿度信息采集使用一片瑞士SENSIRION公司的SHT1x[7]。SHT1x是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标定的数字输出。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，14位的A/D转换器以及串行接口电路实现模数转换。此芯片具有响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。SHT1x有两种型号：SHT11和SHT15，SHT15的精度比SHT11高25%左右，SHT11在20%~80%范围内湿度测量精度达±3%RH，25℃时温度测量精度为±0.4℃。SHT1x使用2-wire两线数字接口，SCK用于与MCU之间的通讯同步，DATA三态门用于数据的读取。在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。MCU通过P2_0,P2_1IO口模拟总线与SHT1x通讯。

2.3USB模块

CC2531支持USB接口，为避免人体静电等损坏MUC芯片，使用一片USBLC6-2P6进行ESD防护。MCU与USB接口，如图5所示。R1、R2一般在22欧至33欧之间取值。

3软件设计

软件采用分层设计，包括HAL硬件抽象层、Z-Stack协议栈层、APP应用层。其中HAL硬件抽象层包括ZigBee收发器、数字输入、继电器输出、UART、温湿度传感器、USB等的访问方法和接口。Z-Stack协议栈层完成ZigBee网络的建立。智能建筑测控终端工作在路由器模式，以便方便地组建网状网络，系统工作流程：测控终端上电后进行MCU、ZigBee、各硬件模块、协议栈的初始化，之后通过Z-Stack协议栈与协调器通信建立ZigBee网络，测控终端周期性采集现场监测数据，执行智能控制策略，并通过ZigBee网络将数据上传到中央智能监控软件，当收到中央智能监控软件发来的指令时执行命令操作，并返回相应信息。

4结论

本文介绍了一种基于ZigBee网络的测控终端设计与实现方案，着重探讨了硬件和软件设计。使用ZigBee组网使得测控终端部署施工非常方便，具有良好的经济效益。如果应用环境节点较少，可以直接组成ZigBee网络；如果节点多，多个ZiBee网络可以通过网关连接到高速以太网进行扩展。本测控终端已经用于智能建筑控制系统研究中，实际测试证明网络稳定，遥测、遥控可靠，满足智能建筑系统应用需求。