基于CAN总线的智能建筑控制系统的制作方法

本发明涉及一种建筑控制系统，尤其涉及一种基于CAN总线的智能建筑控制系统。

背景技术：

智能建筑控制系统是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、医疗电子技术依照人体工程学原理，融合个性需求，将与建筑智能化有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息电气产品、场景联动、地板采暖、健康保健、卫生防疫、安防保安等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新建筑智能化体验。智能建筑的发展，应该满足节能、绿色的要求，智能化、集成化的解决方案是满足上述要求的必然途径。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于CAN总线的智能建筑控制系统，能够对各种末端电气设备进行方便灵活的控制，实现对智能建筑灯光环境、遮阳环境、温度环境的优化控制，满足现代智能楼宇的控制要求，易于扩展配置。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于CAN总线的智能建筑控制系统，包括网关模块和多个输入输出模块，其中，所述网关模块采用N-BUS总线连接所述多个输入输出模块，所述网关模块和多个输入输出模块均包括LDO电源电路和CAN通讯模块，所述N-BUS总线包括电源线和两根提供差分信号的CAN数据线，所述网关模块和多个输入输出模块的LDO电源电路通过隔离转换电源均与N-BUS总线中的电源线相连；所述网关模块接收CAN数据线上的信号转换成TCP信号，并在TCP层上提供WIFI接入服务。

上述的基于CAN总线的智能建筑控制系统，其中，所述网关模块和多个输入输出模块的CAN通讯模块通过光耦隔离电阻和N-BUS总线中的两根CAN数据线相连，并在两根CAN数据线上连接陶瓷气体放电管和双向瞬变电压抑制二极管，所述陶瓷气体放电管的两端连接终端匹配电阻和短路跳帽。

上述的基于CAN总线的智能建筑控制系统，其中，所述多个输入输出模块包括：开闭模块：控制各种容量和属性的开关量电气产品；调光模块：控制各种容量和属性的调光负载，针对各种场景对不同灯光亮度进行调节；窗帘模块：主要用于控制各类电动窗帘负载；红外模块：学习模拟各类家用电器的红外遥控器，取代红外遥控器控制各类家用电器；智能家电模块：通过第三方兼容接口和智能家电产品相连，获取智能家电产品的实时状态；环境监测模块：测量当前的温度、湿度、气压和空气质量参数；地暖/空调面板：控制接入地暖/中央空调设备；彩色触摸屏：提供人机交互界面，实现场景控制和定时控制；智能电表模块：用于测量系统的电功率；智能输入模块：支持多种传感器或输入信号。

上述的基于CAN总线的智能建筑控制系统，其中，所述开关量电气产品包括灯光、排风扇和/或电动机，所述智能输入模块连接的多种传感器包括红外传感器、煤气探测器、烟雾探测器、光线/照度传感器和/或安防信号传感器。

上述的基于CAN总线的智能建筑控制系统，其中，还包括智能取电模块：用于客房的取电控制，支持多种制式取电卡，传输客户与酒店管理方/物业方服务请求。

上述的基于CAN总线的智能建筑控制系统，其中，还包括网络摄像机，所述网络摄像机直接与网关模块连接，实现图像的实时传输与存储。

上述的基于CAN总线的智能建筑控制系统，其中，每个输入输出模块连接控制一个末端电气设备，所述多个输入输出模块按其连接控制的末端电气设备进行分类配置形成逻辑对象，所述逻辑对象以通用的xml文件导出，并根据xml文件调用标准的API函数对系统进行基于CAN或TCP/IP的访问，实现远程控制。

上述的基于CAN总线的智能建筑控制系统，其中，所述逻辑对象包括继电器模块、窗帘类模块、场景类模块、传感器类模块、安防类模块、服务请求类模块、能源管理类模块、红外控制类模块和/或综合类模块。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的基于CAN总线的智能建筑控制系统，网关模块采用N-BUS总线连接所述多个输入输出模块，从而能够对各种末端电气设备进行方便灵活的控制，实现对智能建筑灯光环境、遮阳环境、温度环境的优化控制，满足现代智能楼宇的控制要求，易于扩展配置。

附图说明

图1为本发明基于CAN总线的智能建筑控制系统架构示意图；

图2为本发明智能建筑控制系统的总线连接示意图；

图3为本发明基于CAN总线的智能建筑控制系统的地址分配流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明基于CAN总线的智能建筑控制系统架构示意图。

请参见图1，本发明提供的基于CAN总线的智能建筑控制系统，包括网关模块和多个输入输出模块，其中，所述网关模块采用N-BUS总线连接所述多个输入输出模块，所述网关模块和多个输入输出模块均包括LDO电源电路和CAN通讯模块，所述N-BUS总线包括电源线和两根提供差分信号的CAN数据线，所述网关模块和多个输入输出模块的LDO电源电路通过隔离转换电源均与N-BUS总线中的电源线相连；所述网关模块接收CAN数据线上的信号转换成TCP信号，并在TCP层上提供WIFI接入服务。

本发明系统工作流程如下：

1、地址分配

CAN总线上所有设备拥有唯一的MAC ID，取值范围1-255，如图2所示。该地址主要在设备配置时使用，系统正常工作后，即不需要。

1)所有模块联网上电；

2)PC机通过网关发送搜索命令；

3)所有模块向网关回发本机MAC ID、唯一序列号以及其他系统参数；

4)对于地址为255的模块，PC自动分配模块地址，并下发修改地址命令；如果模块地址非255，则不予自动修改。如有MAC ID重复则报警，提示手动修改。

2、设备配置

设备配置是通过PC端配置软件来完成的，在配置端软件中，每一个总线上的模块都对应一个预先定义好的C语言结构体，该结构体体现了这个模块的所有属性。

1)PC机通过网关对某一个特定模块发送读取配置命令；

2)该特定模块回发配置信息。

3)在配置软件中编辑该模块的所有功能，然后下发编辑好的配置信息。

4)该特定模块接收到配置信息，保存并以新的配置信息工作。

3、逻辑对象生成

物理对象：N-BUS系统中所有的实体模块都是物理对象，例如：PC机、网关、各种模块。

逻辑对象：物理对象所控制的各类设备或功能经过抽象而成的对象。例如：灯光、窗帘、服务请求等。

当完成所有的设备配置后，整个系统便完成了逻辑对象的生成。在系统正常工作时，系统展示给用户的并不是各种模块，而是逻辑对象。例如一个系统由以下逻辑对象组成：

1)灯光回路1，灯光回路2，灯光回路3……；

2)窗帘1，窗帘2……；

3)排风扇1；

4)空调1，空调2。

4、设备控制

本发明总线上任意一个设备均能够发起设备控制命令，例如PC机、输入模块、开闭模块。下面以连接自复位按键的输入模块为例：

1)按下自复位面板；

2)输入模块接收到自复位面板信号后，发出控制命令；

3)包含受控逻辑对象的模块接收的该命令后作出相应的控制动作；

4)逻辑对象受控动作完成后，发送应答信息。

5、设备信息主动上传

当逻辑对象由于定时事件或其他自发类动作完成后，会向总线主动上传状态信息。

1)逻辑对象由于定时事件或其他自发类动作完成后，主动上传状态信息；

2)PC机同步该设备状态信息；

3)含有改逻辑对象控制信息的模块同步该设备状态信息。

本发明提供的N-BUS智能总线，既保留了CAN总线原有的优点：实时性强、可靠性高、抗干扰能力强、通信速率高、容易实现、且性价比高；同时又自定义了适用于智能建筑控制系统的应用层协议，完全面向对象。

本发明提出了抽象对象的概念，大大方便了通信协议的设计和嵌入式软件的开发。

物理对象：N-BUS系统中所有的实体模块都是物理对象，例如：PC机、网关、各种模块。

逻辑对象：物理对象所控制的各类设备或功能经过抽象而成的对象。例如：灯光、窗帘、服务请求等。

本发明系统配置的过程是使用软件对每一个物理对象进行配置的过程，即使用图形化软件对系统中各个模块进行配置。当完成所有的设备配置后，整个系统便完成了逻辑对象的生成。在系统正常工作时，系统展示给用户的并不是各种模块，而是逻辑对象。例如一个系统可以由以下逻辑对象组成：

灯光负载(Lighting)，例如：灯光回路1，灯光回路2……

窗帘负载(Curtain)，例如：窗帘，窗纱……

场景(Scene)，例如：场景1，场景2……

服务请求(Service)，例如：清扫，勿扰……

在系统设计上，每一个物理对象用一组结构体参数来表示其系统特性。下面以4路继电器模块为例来阐述配置属性的设计。首先，该模块有4路输入，4路输出。输入属性结构体为：

部分输入端口参数表如下所示：

上表为输入端口参数表的一小部分，其余还有窗帘类、场景类、传感类、安防类、服务请求类、能源管理类、红外控制类、综合类等属性。所有这些属性事宜下拉列表选择框的形式展现出来的，使用非常方便。

输出属性结构体为：

部分输出端口参数表如下：

除去输入、输出属性，4路继电器模块还有场景属性、取电使能属性等多种属性，配置方式同上，在此不再一一赘述。

对所有模块也即物理对象进行上诉配置后，即生成了每个模块的逻辑对象。逻辑对象是以通用的xml文件导出系统的，xml文件格式如下：

<Region id＝"11"desc＝"JURLUS智能控制系统"sn＝"7777">

<SubRegion id＝"46"desc＝"客房888"ipAddr＝"192.168.1.156"port＝"4000">

<DeviceSection>

<Lighting id＝"308"index＝"1"desc＝"左调光灯"type＝"2"/>

<Lighting id＝"309"index＝"2"desc＝"右调光灯"type＝"2"/>

<Lighting id＝"310"index＝"3"desc＝"廊灯"type＝"1"/>

<Lighting id＝"311"index＝"4"desc＝"客房顶灯"type＝"1"/>

<Lighting id＝"312"index＝"5"desc＝"书桌灯"type＝"1"/>

<Lighting id＝"314"index＝"6"desc＝"卫生间顶灯"type＝"1"/>

<Lighting id＝"315"index＝"7"desc＝"镜前灯"type＝"1"/>

<Lighting id＝"313"index＝"8"desc＝"排风扇"type＝"1"/>

<Curtain id＝"319"index＝"1"desc＝"窗帘"/>

<Curtain id＝"320"index＝"2"desc＝"窗纱"/>

</DeviceSection>

<SceneSection>

<Scene id＝"126"index＝"1"desc＝"欢迎"/>

<Scene id＝"127"index＝"2"desc＝"全开"/>

<Scene id＝"128"index＝"3"desc＝"全关"/>

<Scene id＝"129"index＝"4"desc＝"休闲"/>

</SceneSection>

<ServiceSection>

<Service id＝"908"index＝"0"desc＝"勿扰"type＝"0"/>

<Service id＝"909"index＝"0"desc＝"清扫"type＝"1"/>

</ServiceSection>

</SubRegion>

</Region>

有了此xml文件便可以调用标准的API函数对系统进行基于CAN或TCP/IP的访问，达到远程控制的目的。在智能建筑控制系统中，用户只需要关心实际系统中需要控制的实际受控对象，没有模块的概念。对于软件工程师或二次开发工程师来说完全是面向对象的设计方法；从而大大降低了通信协议的设计和嵌入式软件开发的难度。

系统经过网关转换成TCP/IP接口后提供标准API接口，大大方便了后台软件及手机APP软件的开发。

一般来说，模块化分布式系统是基于现场总线协议工作的，而软件工程师、APP开发工程师一般对于硬件模块并不熟悉，对于基于现场总线的协议架构也不熟悉。软件工程师和手机APP开发工程师一般对基于TCP/IP的标准API函数接口都非常熟悉。N-BUS智能建筑控制系统提供了标准的API接口，大大方便了后台软件及手机APP软件的开发。

本发明提供的智能建筑控制系统适用场合非常广泛，可以适用于智能酒店客房控制、智能照明、智能家居等应用场合。而传统意义上，智能酒店客房控制系统、智能照明系统、智能家居系统是三条相互独立，区别非常大的产品线。N-BUS智能建筑控制系统在统一的总线标准架构下，提供了全面兼容的产品线。

本发明的N-BUS智能建筑管理系统的地址管理方式采用自动分配地址方式。这与传统的现场总线工作方式不同，更加地灵活、方便。

总线上所有设备拥有唯一的MAC ID，取值范围1-255。该地址主要在设备配置时使用，系统正常工作后，即不需要。设备地址分配过程如图3所示。

本发明的N-BUS智能建筑管理系统中定义了一种多功能的智能输入模块，该模块支持多种传感器或输入信号：

红外传感器，主要功能有人体感应控制灯光回路，安防周界报警等；

煤气探测器，主要功能是煤气探测并报警；

烟雾探测器，主要功能是火灾报警；

光线/照度传感器，主要功能是感应环境亮度，用于控制灯光的亮度；

安防信号，主要功能是家居安防报警使用；

服务请求(例如SOS、清扫等)，只要使用在酒店客房及家居环境，用户传输客户与酒店管理方/物业方服务请求。

传统的输入模块不具备如此多样、灵活的功能。为实现该功能，系统在模块输入端口属性设计上枚举了几乎市场上所有的智能建筑控制系统方面的传感器。

使用该多功能的智能输入模块，可以兼容市场上大部分的智能建筑类传感器。

本发明的N-BUS智能建筑系统控制系统可以应用在多种使用场合，例如：智能客房、智能照明、智能家居，典型应用如下。

1、智能客房控制系统

一直以来，酒店业都面临着这样的挑战：提升宾客体验，同时降低成本。成功意味着既要羸得顾客满意度，又要在房间价格、宴会服务以及娱乐等方面提高利润率。

酒店业注重能源成本以及电气、语音和数据系统的可靠性。日益严格的能源和绿色建筑规范使顶尖酒店运营商面临着前所未有的挑战。N-BUS智能建筑控制系统提供的智能客房控制系统解决方案功能列表如下：

自动照明及空调系统调节、多媒体连接面板、智能身份识别、紧急情况报警、温湿度自动控制、远程客户端控制、门磁开关、红外控制、灯光控制系统、客房信息管理、快速退房、入住灯光空调控制、紧急照明、环境光自动调节控制、混合技术动静感应器、时钟季节控制、灵活的分区/合并控制、投影幕/窗帘控制、手持红外遥控、一键情景切换、智能遥控控制、智能影音控制、PC计算机、安卓手机及平板设备、苹果手机及平板设备、多媒体面板、485总线设备、CAN总线设备以及常用遥控。

在客房以外的区域，控制内容可以是以下内容:

公共办公区域、卫生间：控制灯光、风机盘管、抽气扇，电动窗帘/平推窗、紧急照明；

停车场/地下车库：控制灯光、通风排气扇、紧急照明；

裙楼商场：控制灯光、调光、电动窗帘、电动天窗、风机盘管、紧急照明；

多功能厅、会议室报告厅：控制灯光、调光、电动窗帘、投影幕布、风机盘管、电视、投影机等AV设备；

领导办公室：控制灯光、调光、恒照度控制、电动窗帘、风机盘管；

公共通道、大厅、电梯厅：控制灯光、风机盘管、紧急照明；

泛光照明、园林照明：控制灯光；

中央监控系统

3.2智能照明系统

智能照明系统功能列表如下：灵活的分区/合并控制、一键情景模式触发、自动照明、远程客户端控制、磁开关、红外控制、灯光场景切换、时间控制、季节控制、日光感应、漏电保护、智能App、网络监控、大功率开闭模块、大功率调光模块、PC计算机、安卓手机及平板设备、苹果手机及平板设备、多媒体面板、485总线设备以及定制CAN总线设备。

3.3智能家居系统

智能家居系统功能列表如下：

1)家居智能：集中控制、权限管理、场景控制、路径照明、灯光遥控、窗帘遥控、隐私保护以及出差模式。

2)家居安防：窗防、室内红外监测、煤气泄露、烟雾、紧急求救、语言报警以及电话撤防。

3)家居节能：占空感应、时间控制、亮度调节、日光感应以及日晒保护。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。