专利名称：智能天窗网络监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于现代建筑中的电动采光、通风、排烟天窗的智能化远程集中控制系统。
背景技术：
目前，在现代大型建筑的屋顶，如企业的大型厂房、商场有集采光、通风、排烟和便于现场施救的多功能于一体的天窗，其平常以采光和通风为主，在遇到火灾等危急情况时，能方便救助和快速的排除烟雾。该天窗控制系统目前仍采用人工控制方式，非常落后，尤其在消防方面按照消防规范，天窗应根据防火区域的划分，分布于建筑屋面上。在发生火灾时，能够快速打开部分区域天窗便于消防施救或全部打开天窗排放烟雾，而此时要到现场打开天窗已非易事。因此，由于目前天窗控制系统采用人工控制的方式多为现场控制方式，当发生火灾等意外时，就不能在现场打开天窗了，既不符合消防要求，也给人们的生命财产安全带来严重隐患。
发明内容
本发明提供一种智能天窗网络监控系统，采用远程控制天窗启闭的方式，以解决目前采用人工控制天窗启闭的方式，和存在的发生意外时不能启闭天窗的问题。
本发明采取的技术方案是包括a)监控中心；b)网络接入模块；c)天窗控制箱组；d)天窗控制器群，其中a)监控中心包括工控机、大屏幕显示器、网络接入模块和工控机上控制服务程序组成；监控中心的工控机与各厂房中的天窗控制箱群之间通过局域网LAN联接，遵循TCP/IP协议，在监控中心可分别实现全厂区所有天窗的启闭操作；天窗状态查询；通讯状态查询；察看地图；三维图像显示；故障提示报警；外部信息采集与提示；控制日志等功能；工控机上控制服务程序为1)程序启动，2)串口初始化，3)创建串口通信线程，创建winsock通信线程，创建OPC服务器线程，4)是否有操作命令，5)如果有操作命令，调用写线程向串口写数据，6)判断应答是否正确，如果正确，触发通信成功事件；显示动画，更新对应OPC服务器中OPC点的值；判断是否本地操作，如果是，进入下面第8)步，如果不是通过Socket向主控机发送数据；再进入下面第8)步；7)如果判断应答不正确，触发通信失败事件，进入失败处理程序，8)进入空闲状态，等待下一个事件，9)程序退出。
b)网络接入模块，可具体采用交换机，通过网络接入模块将工控机与工厂局域网连接。组网接口其与监控中心之间的通讯接口基于现有局域网LAN的通讯方式，遵循TCP/IP协议。
c)天窗控制箱组，每个控制箱包括微型计算机1、操作键盘2、LCD显示器3、看门狗电路4、消防联控接口5、传感器输入接口6、通讯接口电路7，具体为微型计算机1用于通过控制程序，分别循环查询来自键盘2、传感器输入接口6、消防联控接口5和通讯接口电路7的信息，当收到某一信息后，解读信息内容，发出相应的控制指令并将接收结果送显示器3显示和在存储器中保存这些信息；键盘电路2用于通过键盘输入各种控制指令，实现多功能的控制方式；LCD显示器3用于显示天窗组的启闭位置、操作功能显示和各种报警信息显示；看门狗电路4用于复位和相关信息的保存；消防接口电路5用于与消防网络连接，通过消防控制中心可实现对天窗的远程控制，当天窗运行后，向消防控制中心发出应答信号；传感器接口电路6用于将传感器接入，以便于微型计算机1进行鉴别、处理、控制天窗的启闭；通信电路7用于完成控制装置与天窗组之间的信息传递。
可接入传感器的种类烟雾传感器；温湿度传感器；雨雪传感器；风速传感器。
d)天窗控制器群，每个天窗控制器包括i)机械部分电机a1输出轴与小带轮a12固定连接，该小带轮a12通过皮带a11与大带轮a7组成减速器，大带轮a7与该减速器二级传动轴a15固定连接，该传动轴a15与蜗轮a14啮合连接，蜗轮a14固定连接输出轴a13，在大带轮a7的两侧滑动连接摩擦片a8，转矩调整螺栓a10与二级传动轴a15螺纹连接，弹簧a9套接在转矩调整螺栓a10上，并与摩擦片压接，控制器线路板a5安装在控制器安装支架a6上，磁缸塑料轮a4与二级传动轴a15另一端固定连接，该磁缸塑料轮a4镶嵌磁缸a2，霍尔元件a3与控制器安装支架a6固定连接，并与磁缸a2相对应。
ii)电路部分包括电源电路1、主电路2、信息保存电路3、检测电路4、驱动控制电路5、换向电路6、驱动电路7、通信电路8；电源电路1为主电路2供电；主电路2，用于检测来自通信电路8的指令信息，若需要换向，则向换向电路6发换向命令，待完成电路换向后向驱动控制电路5发启动命令，再由驱动控制电路5接通驱动电路7的电源，使驱动电路7中的电动机运行带动传动机构，在天窗运行过程中主电路2实时累加来自检测电路4的脉冲数并与设定值比较，当天窗运行结束后，将当前天窗的位置信息保存在信息保存电路3中；信息保存电路3其主要作用在于保存天窗的位置信息和故障信息等；检测电路4其主要作用在于将霍耳传感器输入的信号经限幅整型后，送入主电路2进行计数、鉴别处理；驱动控制电路5其主要作用在于将主电路2输出的开关窗控制指令转换为接通或关断驱动电路7的电源，从而控制电动机的启、停；换向电路6其主要作用在于将主电路2输出的换向控制指令转换为改变驱动电路7的电源极性，从而改变电机的转向；驱动电路7其主要作用在于将AC220V的交流电经桥式整流后，变成直流电向直流电动机供电；通信电路8其主要作用在于接收来自控制箱的各种控制信息送入主电路2进行处理；将信息保存电路3的天窗状态信息和故障信息等发送至控制箱。
与天窗控制器之间的通讯接口采用RS-485标准串行通讯接口。
本发明可实现的功能，具体为a)监控中心在监控中心可分别实现全厂区所有天窗的启闭操作；天窗状态查询；通讯状态查询；察看地图；三维图像显示；故障提示报警；外部信息采集与提示；控制日志等功能。
b)网络接入模块通过网络接入模块将工控机与工厂局域网连接。
c)天窗控制箱组天窗启闭方式选择具有同时启闭、成组启闭、顺序启闭三种式选择。
天窗开启角度选择共有四种开启角度可供选择，即全关；开启1/3角度；开启2/3角度；开启最大角度。根据不同的通风需求可设置不同的开窗角度。
天窗运行状态显示通过观察图形即可获知天窗的启闭状态。
天窗故障提示当某一樘天窗出故障时，与其相对应的窗号反显并以1/秒的频率闪烁，便于及时发现，及时维修。但出故障的天窗不影响其它天窗的正常启闭操作。
消防信号的识别与控制设有消防信号输入输出接口，可自动识别消防信号的有无。
当有消防信号输入时，系统自动开启天窗并输出一应答信号至消防控制中心，表示天窗已经开启。
传感器信号的识别与控制设有多种传感器接口供客户选用，系统具有自动识别传感器的种类并自动执行与其相适应的控制程序，且在显示器上以文字的形式显示输入传感器的名称，真正达到了智能化自动控制的水平。常用传感器的种类如下火警传感器、雨雪传感器、风速传感器、温湿度传感器。
与天窗控制器之间的通讯接口采用RS-485标准串行通讯接口。d)天窗控制器群实现电动机的正、反向运行；开窗位置控制；关窗拉紧控制；过载保护控制；故障检测报警及天窗状态信息保存等功能。通讯；天窗与控制箱之间采用RS-485通讯方式。
本发明的优点在于采用智能天窗网络监控系统，是一种集采光、通风、排烟和便于现场施救的多功能于一体的天窗的智能化配套设施，具备远程控制天窗启闭的功能。在平常以采光和通风为主，在遇到火灾等危急情况时，能方便救助和快速的排除烟雾。可广泛应在建筑物屋顶，特别是在现代的大型建筑中，如企业厂房、大型商场等。
图1、本发明系统组成框图；
图2、本发明系统结构图；图3、本发明监控中心工控机上的控制服务程序流程图；图4、本发明工控机远程控制流程图；图5、本发明天窗控制箱电路框图；图5a、本发明天窗控制箱微型计算机1电路原理图；图5b、本发明天窗控制箱的操作键盘2电路原理图；图5c、本发明天窗控制箱LCD显示器3电路原理图；图5d、本发明天窗控制箱看门狗电路4电路原理图；图5e、本发明天窗控制箱消防联控接口5电路原理图；图5f、本发明天窗控制箱传感器输入接口6电路原理图；图5g、本发明天窗控制箱传感器输入接口6的锁存器电路原理图；图5h、本发明天窗控制箱通讯接口电路7电路原理图。
图6、本发明天窗控制箱控制程序流程图；图7、本发明传感报警控制程序流程图；图8、本发明故障诊断程序流程图；图9、本发明天窗控制器电路框图；图9a、本发明天窗控制器传动机构的机械部分的结构示意图；图9b、本发明天窗控制器电源电路1电路原理图；图9c、本发明天窗控制器主电路2、信息保存电路3、换向电路6和驱动控制电路5电路原理图；图9d、本发明天窗控制器驱动电路7电路原理图；图9e、本发明天窗控制器检测电路4、通信电路8电路原理图。
图10、本发明天窗控制器天窗控制程序流程图；图11、本发明通信系统的数据发送流程；图12、本发明通信系统的数据接收流程。
具体实施例方式
参见图1，包括
a)监控中心；b)网络接入模块；c)天窗控制箱组；d)天窗控制器群，其中参见图2、图3，a)监控中心包括工控机、大屏幕显示器、网络接入模块和工控机上控制服务程序组成；监控中心的工控机与各厂房中的控制箱之间通过局域网LAN联接，遵循TCP/IP协议，在监控中心可分别实现全厂区所有天窗的启闭操作；天窗状态查询；通讯状态查询；察看地图；三维图像显示；故障提示报警；外部信息采集与提示；控制日志等功能；工控机上控制服务程序为1)程序启动，2)串口初始化，3)创建串口通信线程，创建winsock通信线程，创建OPC服务器线程，4)是否有操作命令，5)如果有操作命令，调用写线程向串口写数据，6)判断应答是否正确，如果正确，触发通信成功事件；显示动画，更新对应OPC服务器中OPC点的值；判断是否本地操作，如果是，进入下面第8)步，如果不是通过Socket向主控机发送数据；再进入下面第8)步；7)如果判断应答不正确，触发通信失败事件，进入失败处理程序，8)进入空闲状态，等待下一个事件，9)程序退出。
远程控制系统的实现方法，根据本系统的实际情况，采用的是基于Winsock的远程控制实现方案。考虑到系统内的所有计算机采用的都是Windows操作系统，所以不考虑跨操作系统平台的问题，分布式对象采用Microsoft的DCOM。由于OPC是基于Microsoft的COM/DCOM技术，分布式应用程序的开发采用上海林柯科技发展有限公司的OPC快速开发工具来实现。在实现工控机与控制箱之间的远程控制时采用的是结合Microsoft的ActiveX技术的Web控制系统解决方案。客户端工控机浏览器在下载完组件后，直接与现场系统中的控制箱建立连接。监控计算机上的软件主要是控制服务程序。
控制服务程序中主要包括四个模块界面显示模块、串口通信模块、Winsock通信模块和OPC服务器模块。界面显示模块负责天窗动作的动画显示以及反馈的状态信息显示，操作人员通过该模块了解系统的实际运行情况；串口通信模块负责工控机与控制箱单片机之间的数据收发；Winsock通信模块负责控制及反馈信息的传递；OPC服务器模块负责与企业网中PC机上的OPC客户端的通信。Web服务器程序为IIS服务器，负责处理企业网中PC机的访问请求，OPC客户端程序被制作成ActiveX控制的形式，当有客户访问时，先将OPC客户程序下载到本地，然后进行自注册并建立起与被访问工控机的控制服务程序中OPC服务器的连接，同时利用OPC的订阅数据采集方式即OPC服务器用一定的周期检查天窗位置数据，如发现数据变化超过一定的幅度时，则更新数据缓冲区并自动通知OPC客户程序，实现天窗位置信息的推送服务。
这里使用Delphi的ActiveForm技术对OPC客户端应用程序进行包装，生成一个OCX控件和标准的HTML文件，然后通过Web服务器将HTML文件链接到局域网的主页上，就可以通过浏览器来完成客户端的所有操作了。ActiveForm事实上也是一种ActiveX组件，只是ActiveForm本身也是一个ActiveX的包容器对象。也就是说ActiveForm之中还可以包含其它的组件，而ActiveForm和它包含的组件可以整个变成一个OCX类型的组件，再使用于IE应用程序之中。
因为ActiveForm可以包含任何Delphi中的VCL组件，所以程序员可以建立一个拥有数据感知能力的ActiveForm组件，而且这个ActiveForm组件可以使用于任何一个支持ActiveX的开发工具之中，当然也包含使用于IE浏览器中。由于ActiveForm可以具有处理数据的能力，所以当它使用于IE浏览器时，就可以让浏览器变成可以处理数据的应用系统。工控机远程控制程序流程图见图4。
b)网络接入模块，可具体采用交换机，通过网络接入模块将工控机与工厂局域网连接。组网接口其与监控中心之间的通讯接口基于现有局域网LAN的通讯方式，遵循TCP/IP协议。
c)天窗控制箱组，每个控制箱包括参见图5微型计算机1、操作键盘2、LCD显示器3、看门狗电路4、消防联控接口5、传感器输入接口6、通讯接口电路7，具体为微型计算机1用于通过控制程序，分别循环查询来自键盘2、传感器输入接口6、消防联控接口5和通讯接口电路7的信息，当收到某一信息后，解读信息内容，发出相应的控制指令并将接收结果送显示器3显示和在存储器中保存这些信息；键盘电路2用于通过键盘输入各种控制指令，实现多功能的控制方式；LCD显示器3用于显示天窗组的启闭位置、操作功能显示和各种报警信息显示；看门狗电路4用于复位和相关信息的保存；消防接口电路5用于与消防网络连接，通过消防控制中心可实现对天窗的远程控制，当天窗运行后，向消防控制中心发出应答信号；传感器接口电路6用于将传感器接入，以便于微型计算机1进行鉴别、处理、控制天窗的启闭；通信电路7用于完成控制装置与天窗组之间的信息传递。
可接入传感器的种类烟雾传感器；温湿度传感器；雨雪传感器；风速传感器。
具体电路原理为以控制十二樘天窗和具有传感器输入接口六种为例参见图5a～图5g，CPU电路1核心电路分别由U1单片机89C52；六非门电路U6；晶振Y1；电容C1、C2；电阻R1、R2、R4-R11及发光二极管LED组成。其中，单片机U1的1-8脚分别与上拉电阻R4-R11的一端相连而R4-R11的另一端与电源VCC相连。U1的1脚P1.0与传感器接口电路中Q4的集电极相连。U1的2脚P1.1与传感器接口电路中Q5的集电极相连。U1的3脚P1.2与U6A的1脚相连而U6A的2脚连接到通信电路的2、3脚。U1的4脚P1.3与U6F的13脚相连而U6F的12脚连接到液晶显示电路的电阻R12的一端。U1的5脚P1.4与看门狗电路U4的1脚相连。U1的6脚P1.5与看门狗电路U4的6脚相连。U1的7脚P1.6与看门狗电路U4的5脚相连。U1的8脚P1.7与看门狗电路U4的2脚相连。U1的9脚RESET与U6C的5脚相连，而U6C的6脚连接到液晶显示电路的10脚。而电R1则串联于U1的9脚RESET与电源VCC之间。U1的10脚与通信电路U5的1脚连接。U1的11脚与通信电路U5的4脚连接。U1的12脚INT0与消防接口电路Q7的集电极连接。U1的13脚INT1与传感器接口电路Q6的集电极连接。U1的14脚TO与键盘电路的接线端子JP8连接。U1的15脚T1与键盘电路的接线端子JP9连接。U1的16脚/WR分别与键盘电路八D锁存器U3的1脚和液晶显示电路的5脚连接。U1的17脚/RD与液晶显示电路的6脚连接。U1的18脚X2与晶体振荡器Y1和电容C2的一端连接，而C2的另一端接地。U1的19脚X1与晶体振荡器Y1和电容C1的一端连接，而C1的另一端接地。U1的20脚接地。U1的21脚与消防接口电路U6E的11脚连接。U1的22脚与传感器输入接口电路U2的1脚连接。U1的23脚与液晶显示电路的7脚连接。U1的24脚与液晶显示电路的8脚连接。U1的25脚与U6B的3脚连接而U6B的4脚与看门狗电路U4的3脚相连。U1的26脚与U6D的9脚连接而U6D的8脚则经过电阻R2和发光二极管LED串联后接于电源VCC。U1的27、28、29、30、31脚空闲不用。U1的32-39脚P0.0-P0.7分别与液晶显示电路YU的11-18脚，U3的数据端口D0-D7并联。U1的40脚接到电源VCC端。
参见图5b，键盘电路2包括八D锁存器U3，其中，U3的D0-D7接到U1的P0.0-P0.7端，U3的Q0-Q7接到键盘的接线端子JP0-JP7端，键盘的接线端子JP8、JP9分别接到U1的T0、T1端，U3的1脚接到U1的16脚/WR，U3的11脚接到电源VCC端。
参见图5c，液晶显示电路3包括液晶显示器YU和液晶背光电路U6F、R12、R27、R28、R29、V2、V3。其中，YU的1脚悬空，2脚接地，3脚接电源VCC，4脚接负电源VEE，5脚数据读出/WR接单片机U1的16脚。6脚数据写入/RD接单片机U1的17脚，7脚片选信号/CE接单片机U1的23脚。8脚指令、数据端口C/D接单片机U1的24脚。9脚悬空，10脚复位信号/RES接单片机U1的9脚，数据线11-18脚分别接单片机U1的39-32脚，19脚点阵控制模式接地。在背光控制电路中，U6F的13脚接单片机U1的4脚，电阻R12串联于U6F的12脚与三极管V2的基极之间。三极管V2的发射极接地和输出端子JP2-2，电阻R27串联于三极管V2的集电极和三极管V3的基极、电阻R28一端，而R28的另一端接电源VCC，三极管V3的发射极接电源VCC，电阻R29串联于三极管V3的集电极与接线端子JP2-1之间。
参见图5c，看门狗电路4采用25045专用集成电路，其中，1脚/CS接单片机U1的5脚，2脚SO接单片机U1的8脚，3脚/WP接单片机U1的16脚，4脚SO接地，5脚Si接单片机U1的7脚，6脚SCK接单片机U1的6脚，7脚RST接单片机U1的9脚，8脚接电源VCC。
参见图5d，消防接口电路5分别由六非门U6E；三极管V1、继电器1K、光电藕合器Q7、电阻R3、R13、R26、电容C3、C4、二极管D9和接线端子CZ1组成。其中，U6E的11脚接单片机U1的21脚，电阻R3串联于U6E的10脚和三极管V1的基极之间，三极管V1的发射极接地、集电极分别接继电器1K的4脚和二极管D9的阳极，继电器1K的5脚和二极管D9的阴极并联后接电源VCC，继电器1K的2脚接输出端子CZ1-4，继电器1K的3脚接输出端子CZ1-5，R13串联于电源VCC和光电藕合器Q7的3脚之间，光电藕合器Q7的3脚分别与电阻R13、电容C3的一端和单片机U1的12脚INT0连接。电容C3的另一端接地。电阻R26串联于光电藕合器Q7的2脚与输入端子CZ1-2之间。电容C4并连于光电藕合器Q7的1、2脚之间。输入端子CZ1-1接电源DC24V的正极。输入端子CZ1-3接地。
参见图5e、图5f，传感器接口电路6分别由八D锁存器U2；光电藕合器Q1-Q6；电阻R14-R25组成。其中，八D锁存器U2的1脚接单片机U1的22脚，U2的11脚接电源VCC。U2的15脚接单片机U1的34脚P0.5，U2的16脚接单片机U1的33脚P0.6，U2的19脚接单片机U1的32脚P0.7，U2的14脚SNG1接光电藕合器Q1的3脚，U2的17脚SNG2接光电藕合器Q2的3脚，U2的18脚SNG3接光电藕合器Q3的3脚。
电阻R14串联于光电藕合器Q1的1脚与接线端子CZ1-6之间，阻R20串联于光电藕合器Q1的3脚与电源VCC之间，光电藕合器Q1的1、4脚接地和接线端子CZ1-7。作为第一路传感器的输入端。
电阻R15串联于光电藕合器Q2的1脚与接线端子CZ1-8之间，电阻R21串联于光电藕合器Q2的3脚与电源VCC之间，光电藕合器Q2的1、4脚接地和接线端子CZ1-9。作为第二路传感器的输入端。
电阻R16串联于光电藕合器Q3的1脚与接线端子CZ1-10之间，电阻R22串联于光电藕合器Q3的3脚与电源VCC之间，光电藕合器Q3的1、4脚接地和接线端子CZ1-11。作为第三路传感器的输入端。
电阻R17串联于光电藕合器Q4的1脚与接线端子CZ1-12之间，电阻R23串联于光电藕合器Q4的3脚、单片机U1的1脚P1.0与电源VCC之间，光电藕合器Q4的1、4脚接地和接线端子CZ1-13。作为第四路传感器的输入端。
电阻R18串联于光电藕合器Q5的1脚与接线端子CZ1-14之间，电阻R24串联于光电藕合器Q5的3脚、单片机U1的2脚P1.1与电源VCC之间，光电藕合器Q5的1、4脚接地和接线端子CZ1-15。作为第五路传感器的输入端。
电阻R19串联于光电藕合器Q6的1脚与接线端子CZ1-16之间，电阻R24串联于光电藕合器Q6的3脚、单片机U1的3脚P1.2与电源VCC之间，光电藕合器Q6的1、4脚接地和接线端子CZ1-17。作为第六路传感器的输入端。
参见图5g，通信电路7由专用集成电路75176组成，负责与天窗控制模块组的数据通信。其中，U5的1脚RXD接单片机U1的10脚的数据发送端，U5的4脚TXD接单片机U1的11脚的数据接收端，U5的2、3脚并接后接单片机U1的3脚P1.2，U5的5脚接地，U5的8脚接电源VCC。U5的6脚A接输出端子XT1-3，U5的7脚B接输出端子XT1-4。接线端子XT1-3、XT1-4接到天窗控制模块组。
与天窗控制器之间的通讯接口采用RS-485标准串行通讯接口。
其工作过程为以89C52单片机为核心，其CPU1分别循环查询来自键盘2、各种传感器接口6、消防联控接口5和通信电路7的信息，当收到某一信息后，解读信息内容，发出相应的控制指令并将接收结果送显示器3显示和在存储器中保存这些信息。具体来说就是A、当有键盘输入控制指令时，CPU1首先解读键盘输入的控制指令类型即，是开窗操作还是关窗操作；是何种控制方式—同时启闭、任意启闭、顺序启闭。是何种开窗角度—全关、开启1/3角度、开启2/3角度、全开。经通信电路7读取天窗组的窗位置信息，向天窗组发控制指令，向显示器发天窗运行状态的同步显示。B、当有消防信号输入时，CPU查询到该信号后，即刻向天窗组发出开窗指令，同时向显示器发天窗运行状态的同步显示和报警信息提示，并封锁键盘操作功能，确保消防优先权，当消防信号撤消后自动恢复键盘操作功能。C、设有传感器输入接口，可接不同的传感器。如可分别接入传感器的类型是火灾传感器、雨雪传感器、风压传感器、温度传感器、湿度传感器、有害气体传感器。当某一路传感器有输入信号时，经CPU1鉴别后，通过通信电路7向天窗控制模块组发出与其相适应的控制指令，控制天窗运行，同时将天窗运行情况和传感器的报警信息一并送入显示器显示。D、当偶然发生信息错误或通信错误时，CPU进入错误修复程序，自动修正，若修复失败则发出出错信息警报。E、通信电路7的接口采用标准的RS-485串行通信方式与天窗控制模块组进行通信。
d)天窗控制器群，每个天窗控制器包括i)机械部分参见图9a电机a1输出轴与小带轮a12固定连接，该小带轮a12通过皮带a11与大带轮a7组成减速器，大带轮a7与该减速器二级传动轴a15固定连接，该传动轴a15与蜗轮a14啮合连接，蜗轮a14固定连接输出轴a13，在大带轮a7的两侧滑动连接摩擦片a8，转矩调整螺栓a10与二级传动轴a15螺纹连接，弹簧a9套接在转矩调整螺栓a10上，并与摩擦片压接，控制器线路板a5安装在控制器安装支架a6上，磁缸塑料轮a4与二级传动轴a15另一端固定连接，该磁缸塑料轮a4镶嵌磁缸a2，霍尔元件a3与控制器安装支架a6固定连接，并与磁缸a2相对应。
ii)电路部分，参见图9，包括电源电路1、主电路2、信息保存电路3、检测电路4、驱动控制电路5、换向电路6、驱动电路7、通信电路8；电源电路1为主电路2供电；主电路2，用于检测来自通信电路8的指令信息，若需要换向，则向换向电路6发换向命令，待完成电路换向后向驱动控制电路5发启动命令，再由驱动控制电路5接通驱动电路7的电源，使驱动电路7中的电动机运行带动传动机构，在天窗运行过程中主电路2实时累加来自检测电路4的脉冲数并与设定值比较，当天窗运行结束后，将当前天窗的位置信息保存在信息保存电路3中；信息保存电路3其主要作用在于保存天窗的位置信息和故障信息等；检测电路4其主要作用在于将霍耳传感器输入的信号经限幅整型后，送入主电路2进行计数、鉴别处理；驱动控制电路5其主要作用在于将主电路2输出的开关窗控制指令转换为接通或关断驱动电路7的电源，从而控制电动机的启、停；换向电路6其主要作用在于将主电路2输出的换向控制指令转换为改变驱动电路7的电源极性，从而改变电机的转向；驱动电路7其主要作用在于将AC220V的交流电经桥式整流后，变成直流电向直流电动机供电；通信电路8其主要作用在于接收来自控制箱的各种控制信息送入主电路2进行处理；将信息保存电路3的天窗状态信息和故障信息等发送至控制箱。
具体电路工作原理如下参见图9b电源电路1由电源输入端子CZ1、CZ2；桥式整流电路D7-D10；滤波电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8；滤波电感L；三端集成稳压器U1、U2组成。其中接线端子CZ1分别与二极管D7的阳极、D9的阴极连接。接线端子CZ2分别与二极管D8的阳极、D10的阴极连接。滤波电容C1、C2并联后分别与二极管D7、D8的阳极，滤波电感L的一端连接。滤波电容C3、C4并联后分别与滤波电感L的另一端、三端集成稳压器U1的一脚连接。U1的二脚接地。滤波电容C5、C6并联后分别与三端集成稳压器U1的三脚、三端集成稳压器U2的三脚连接。U2的二脚接地。滤波电容C7、C8并联后与三端集成稳压器U2的三脚连接。
参见图9c，主电路2由U6单片机89C2051；U3六非门74LS14；电阻R1、R6、R7；晶体振荡器Y1；电容C9、C10；拨码开关S组成。其中，U6的1脚RST分别与信息保存电路3中U5的7脚和电阻R1相连接，而R1的另一端与电源VCC相连接。U6的2脚RXD与U4的1脚连接。U6的3脚TXD与U4的4脚。U6的4脚XTAL2分别与晶体振荡器Y1的一端和电容C9的一端连接，而电容C9另一端与电源VCC相接。U6的5脚XTAL1分别与晶体振荡器Y1的另一端和电容C10的一端连接，而电容C10另一端与电源VCC相接。U6的6脚P3.2(INT0)与六非门U3E的11脚相接。U6的7脚P3.3(INT1)与六非门U3F的12脚相接。U6的8脚P3.4(T0)与六非门U3B的3脚相接。U6的9脚P3.5(T1)与六非门U3C的5脚相接。U6的10脚VSS与地相接。U6的11脚P3.7与六非门U3D的9脚相接。U6的12脚P1.0(AIN0)分别与地址码设置开关S的1脚和电阻R7的一端连接，而R7的另一端接电源VCC。U6的13脚P1.1(AIN1)分别与地址码设置开关S的2脚和电阻R6的一端连接，而R6的另一端接电源VCC。U6的14脚P1.2与地址码设置开关S的3脚连接。U6的15脚P1.3与地址码设置开关S的4脚连接。地址码设置开关S的5、6、7、8脚并联后接地。U6的16脚P1.4与信息保存电路3中U5的1脚CS连接。U6的17脚P1.5与信息保存电路3中U5的6脚SCK连接。U6的18脚P1.6与信息保存电路3中U5的5脚SI连接。U6的19脚P1.7与信息保存电路3中U5的2脚SO连接。U6的20脚接电源VCC。
参见图9c，信息保存电路3信息保存电路U5主要由看门狗集成电路组成，其中，U5的1脚接单片机U6的16脚。U5的2脚接单片机U6的19脚。U5的3脚六非门U3的6脚。U5的4脚接地。U5的5脚接单片机U6的18脚。U5的6脚接单片机U6的17脚。U5的7脚接单片机U6的1脚。U5的8脚接电源VCC。
参见图9e，检测电路4由六非门U3F；电阻R3、R4；电容C12；稳压二极管DZ和霍耳传感器组成。其中，六非门U3F的12脚接单片机U6的7脚。六非门U3F的13脚分别与电容C12、电阻R3的一端相连接。电容C12的另一端接地。电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和稳压二极管DZ的阴极相连接。稳压二极管DZ的阳极接地。霍耳传感器的1脚接电源+12V，2脚接电阻R4的另一端，3脚接地。
参见图9c，驱动控制电路5由六非门U3C；电阻R5；三极管Q2；二极管D5；继电器2K组成。其中，U3C的5脚与单片机U6的9脚P3.5连接，U3C的6脚P3.5/与电阻R5连接。电阻R5的另一端与三极管Q2基极连接。三极管Q2的发射极接地，集电极分别与二极管D5的阳极和继电器2K的4脚相连接。二极管D5的阴极和继电器2K的5脚并联后与电源VCC连接。
参见图9c，换向电路6由六非门U3E；电阻R2；三极管Q1；二极管D6；继电器1K组成。其中，U3E的11脚与单片机U6的6脚P3.2连接，U3E的10脚与电阻R2连接。电阻R2的另一端与三极管Q1的基极连接。三极管Q1的发射极接地，集电极分别与二极管D6的阳极和继电器1K的7脚相连接。二极管D6的阴极和继电器1K的8脚并联后与电源VCC连接。
参见图9d，驱动电路7由接线端子CZ2-1、CZ2-2；熔断器FU；继电器2K的常开触点，整流二极管D1-D4；电容C；电阻R；继电器1K的两组触点和电动机MD组成。其中，熔断器FU串联于接线端子CZ2-1和继电器2K的1脚之间。继电器2K的2脚分别与整流二极管D1的阴极和D3的阳极相连接。接线端子CZ2-2分别与整流二极管D2的阴极和D4的阳极相连接。电容C与电阻R串联后并联于整流桥的正、负极之间。继电器1K的4脚接到整流桥的正极，3脚接到整流桥的负极，2脚与5脚短接后接到电动机的负极，1脚与6脚短接后接到电动机的正极。
参见图9e，通信电路8由六非门U3B；串行通信专用集成电路SN75176 U4；电阻R8、R9；电容C11；双向过压保护二极管VD1、VD2；组成。其中，六非门U3B的3脚接到单片机U6的8脚，六非门U3B的4脚与U4的2、3脚连接。U4的1脚与U6的2脚连接。U4的4脚与U6的3脚连接。U4的5脚接地。U4的6脚A分别与双向过压保护二极管VD1和电阻R9的一端及接线端子CZ4相连接。U4的7脚B分别与双向过压保护二极管VD2和电阻R8的一端及接线端子CZ3相连接。电容C11并联于电源与地之间。U4的7脚接电源VCC。
工作过程上电后，系统自检，确定天窗当前位置，等待操作命令，当接收到操作命令后，判断命令类型判断天窗开关方向和是否需要换向，若需要换向时则执行换向操作。判断天窗开启角度，计算所需电动机的转数，即霍耳传感器的脉冲数，启动电动机工作。在天窗运行过程中判断是否过载，若过载则停机报警，若正常则判断天窗运行是否到位，若到设定位置则停机并保存当前天窗的位置信息，准备接收下一个操作命令。
现场控制系统的实现天窗控制箱是整个控制系统的重要组成部分。1)负责实时接收监控中心发布的各种控制指令，经解释后向天窗单片机发布控制指令。2)实时接收天窗的位置状态和故障信息经解释后，一方面输送至自身的显示器显示。另一方面输送至监控中心。3)实时接收来自传感器组的报警信号，当有报警信号输入时，经解释后，向天窗发布与报警传感器相适应的控制指令，使天窗运行。同时将天窗反回的信息与产生报警信号传感器的名称一同送到显示器显示，并同时将信息输送至监控中心。4)实时检测来自消防控制中心的控制指令，并同时将控制信息输送至天窗和监控中心。软件控制流程如图6、图7、图8所示。
天窗控制器的软件控制实现，软件控制流程如图10所示。
天窗控制器是控制天窗运行的主要部分。1)实时接收控制箱的控制指令，根据指令控制天窗做出相应的动作，并其动作的位置信息保存，同时将信息输送至控制箱。2)检测天窗的电压、电流、短路、过载等信息，并将这些信息输送到控制箱进行处理。
通信系统的实现通信系统中最重要的部分是工控机与控制箱单片机之间通信协议的设计，它的设计思想是基于帧传输方式，即在发送数据时是一帧一帧地发送，应用程序所发送和接收的都是流式数据，需要对收到的数据流进行上层的协议解释。为保证数据可靠传输，系统的数据传输采用发送/应答方式，即发送一帧数据，然后收到一个应答，若没收到应答，则继续重新发送数据。
通信系统中工控机与控制箱单片机之间传送的帧类型主要有九种刷新帧、刷新应答帧、命令帧、命令应答帧、轮询帧、轮询应答帧、控制箱数据帧、天窗故障帧和传感器报警帧。通信系统的数据发送流程如图11所示。通信系统的数据接收流程如图12所示。控制系统中主要的通信协议控制箱与天窗之间的通信协议
此协议是基于RS-485协议的建立在控制箱程序与天窗程序之间的高层协议。
工控机与控制箱之间的通信协议
此协议即是基于Winsock的实现方案中所说的工控机远程控制服务程序与控制箱单片机程序之间的高层通信协议。
权利要求
1.一种智能天窗网络监控系统，包括a)监控中心；b)网络接入模块；c)天窗控制箱组；d)天窗控制器群，其中a)监控中心包括工控机、大屏幕显示器、网络接入模块和工控机上控制服务程序组成；监控中心的工控机与各厂房中的控制箱之间通过局域网LAN联接，遵循TCP/IP协议，在监控中心可分别实现全厂区所有天窗的启闭操作；天窗状态查询；通讯状态查询；察看地图；三维图像显示；故障提示报警；外部信息采集与提示；控制日志等功能；工控机上控制服务程序为1)程序启动，2)串口初始化，3)创建串口通信线程，创建winsock通信线程，创建OPC服务器线程，4)是否有操作命令，5)如果有操作命令，调用写线程向串口写数据，6)判断应答是否正确，如果正确，触发通信成功事件；显示动画，更新对应OPC服务器中OPC点的值；判断是否本地操作，如果是，进入下面第8)步，如果不是通过Socket向主控机发送数据；再进入下面第8)步；7)如果判断应答不正确，触发通信失败事件，进入失败处理程序，8)进入空闲状态，等待下一个事件，9)程序退出；b)网络接入模块，可具体采用交换机，通过网络接入模块将工控机与工厂局域网连接，组网接口其与监控中心之间的通讯接口基于现有局域网LAN的通讯方式，遵循TCP/IP协议；c)天窗控制箱组，每个控制箱包括微型计算机1、操作键盘2、LCD显示器3、看门狗电路4、消防联控接口5、传感器输入接口6、通讯接口电路7，具体为微型计算机1用于通过控制程序，分别循环查询来自键盘2、传感器输入接口6、消防联控接口5和通讯接口电路7的信息，当收到某一信息后，解读信息内容，发出相应的控制指令并将接收结果送显示器3显示和在存储器中保存这些信息；键盘电路2用于通过键盘输入各种控制指令，实现多功能的控制方式；LCD显示器3用于显示天窗组的启闭位置、操作功能显示和各种报警信息显示；看门狗电路4用于复位和相关信息的保存；消防接口电路5用于与消防网络连接，通过消防控制中心可实现对天窗的远程控制，当天窗运行后，向消防控制中心发出应答信号；传感器接口电路6用于将传感器接入，以便于微型计算机1进行鉴别、处理、控制天窗的启闭；通信电路7用于完成控制装置与天窗组之间的信息传递。可接入传感器的种类烟雾传感器；温湿度传感器；雨雪传感器；风速传感器。d)天窗控制器群，每个天窗控制器包括i)机械部分电机a1输出轴与小带轮a12固定连接，该小带轮a12通过皮带a11与大带轮a7组成减速器，大带轮a7与该减速器二级传动轴a15固定连接，该传动轴a15与蜗轮a14啮合连接，蜗轮a14固定连接输出轴a13，在大带轮a7的两侧滑动连接摩擦片a8，转矩调整螺栓a10与二级传动轴a15螺纹连接，弹簧a9套接在转矩调整螺栓a10上，并与摩擦片压接，控制器线路板a5安装在控制器安装支架a6上，磁缸塑料轮a4与二级传动轴a15另一端固定连接，该磁缸塑料轮a4镶嵌磁缸a2，霍尔元件a3与控制器安装支架a6固定连接，并与磁缸a2相对应。ii)电路部分包括电源电路1、主电路2、信息保存电路3、检测电路4、驱动控制电路5、换向电路6、驱动电路7、通信电路8；电源电路1为主电路2供电；主电路2，用于检测来自通信电路8的指令信息，若需要换向，则向换向电路6发换向命令，待完成电路换向后向驱动控制电路5发启动命令，再由驱动控制电路5接通驱动电路7的电源，使驱动电路7中的电动机运行带动传动机构，在天窗运行过程中主电路2实时累加来自检测电路4的脉冲数并与设定值比较，当天窗运行结束后，将当前天窗的位置信息保存在信息保存电路3中；信息保存电路3其主要作用在于保存天窗的位置信息和故障信息等；检测电路4其主要作用在于将霍耳传感器输入的信号经限幅整型后，送入主电路2进行计数、鉴别处理；驱动控制电路5其主要作用在于将主电路2输出的开关窗控制指令转换为接通或关断驱动电路7的电源，从而控制电动机的启、停；换向电路6其主要作用在于将主电路2输出的换向控制指令转换为改变驱动电路7的电源极性，从而改变电机的转向；驱动电路7其主要作用在于将AC220V的交流电经桥式整流后，变成直流电向直流电动机供电；通信电路8其主要作用在于接收来自控制箱的各种控制信息送入主电路2进行处理；将信息保存电路3的天窗状态信息和故障信息等发送至控制箱。
全文摘要
本发明涉及一种智能天窗网络监控系统。属于应用于现代建筑中的电动采光、通风、排烟天窗的智能化远程集中控制系统。包括监控中心；网络接入模块；天窗控制箱组；天窗控制器群，优点在于采用智能天窗网络监控系统，是一种集采光、通风、排烟和便于现场施救的多功能于一体的天窗的智能化配套设施，具备远程控制天窗启闭的功能。在平常以采光和通风为主，在遇到火灾等危急情况时，能方便救助和快速的排除烟雾。可广泛应在建筑物屋顶，特别是在现代的大型建筑中，如企业厂房、大型商场等。
文档编号G06F13/42GK1595320SQ20041001098
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月9日 优先权日2004年7月9日
发明者刘建宏, 曲志才 申请人:长春现代门窗科技有限公司