基于楼宇自动化系统的嵌入式网关设计与开发

论文摘要

随着信息技术及计算机控制技术的不断进步,楼字自动化系统正向集成化、智能化和网络化方向发展。从事楼宇自动化的商家推出的楼宇自动化设备种类越来越繁多,在系统集成联网中通信协议的多样化问题,越来越突出,已严重影响到楼宇自动化系统的性能、工期、成本和系统稳定。各楼宇自动化集成厂家的现场调试时间和费用主要集中在楼宇自动化系统中各厂家设备的通信协议转换和设备联网上。造成大量人力、物力浪费,大大影响工程进度。解决楼宇自动化系统通信协议转换及通信协议标准化的问题意义重大,并且楼宇自动化系统通信协议标准化也是未来的发展方向。基于上述情况,结合作者所在单位和西门子楼宇部合作项目,拟定设计开发一种基于楼宇自动化系统的嵌入式网关来实现通信协议转换及通信标准化。本文首先通过介绍LonWorks和BACnet这两种当前应用最广泛的现场总线技术,提出了利用OPC技术作为协议标准化,并针对西门子楼宇自动化系统提出了Soft Controller技术的应用。然后以OPC和Soft Controller作为网关标准化协议,采用积木式、结构化的设计原则,分别设计开发了基于X86 PC架构的XPE操作系统的嵌入式网关,基于ARM架构的Linux操作系统的嵌入式网关,文章中详细介绍了这两种技术的运用与实现,并以C代码描述了其关键算法。最后通过实验数据并结合项目实例介绍了该网关在西门子楼宇自动化系统中的应用。验证了网关设计的合理有效性,很好地满足了项目对网关的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外现状
• 1.3 研究目的和内容
• 1.4 论文结构及章节安排
• 2 智能楼宇相关技术背景
• 2.1 智能楼宇概况
• 2.2 楼宇自动化系统
• 2.2.1 BAS 的目标与功能
• 2.2.2 BAS 的基本构成
• 2.2.3 BAS 的常规配置
• 2.3 现场总线技术
• 2.3.1 LonWorks
• 2.3.2 BACnet
• 2.4 本章小结
• 3 网关设计中关键技术运用与实现
• 3.1 OPC 技术
• 3.1.1 OPC 介绍
• 3.1.2 OPC 技术本质
• 3.1.3 OPC 规范
• 3.1.4 OPC 与DDE 的比较
• 3.1.5 OPC 编程
• 3.2 SOFT CONTROLLER 技术
• 3.2.1 Soft Controller 介绍
• 3.2.2 Soft Controller 编程
• 3.3 本章小节
• 4 嵌入式网关设计
• 4.1 网关体系结构
• 4.2 基于X86 PC 架构
• 4.3 基于ARM 架构
• 4.4 网关测试
• 4.5 本章小结
• 5 嵌入式网关应用实例
• 5.1 项目应用实施背景
• 5.2 西门子楼宇自动化系统介绍
• 5.3 网关在西门子楼宇自动化系统中的应用
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望和下一步工作
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的论文