电气物联总线系统

1.一种电气物联总线系统，包括总线、接线端子、总线电源管理单元、上位机、以太网关单元以及各功能模块单元，其中所述上位机通过系统配置软件来控制所述电气物联总线系统，其读取系统中各功能模块单元的各种数据信息，并可根据用户的要求，在主机上配置各功能模块单元之间的控制逻辑关系，并将此逻辑关系下载到各功能模块单元中；在撤掉上位机之后，整个系统上的各功能模块单元也可按照预先配置的逻辑关系协调地工作；所述各功能模块单元通过各个接线端子连接到总线上；总线电源管理单元用于提供总线电源和数据电源，并为上位机和总线之间提供通讯连接；每个功能模块单元通过竞争机制抢占总线以发送自己的数据信息，上位机用于配置所述各功能模块单元之间的控制逻辑关系；通过该以太网关单元与局域网进行相互的数据交换，实现电气物联总线系统与局域网的协议转换；所述各功能模块单元至少包括以下单元：
按键单元；
对外接口单元，通过485接口或232接口实现与其它系统进行数据交换和数据共享；
照明控制单元，包括触摸开关、旋钮开关、电子点动开关、普通翘板开关或无线遥控输入单元，通过输入单元及其它控制方式控制照明的开关和亮度，以及监控照明设备的好坏情况；
电气设备管理单元，用于实现设备控制、能耗管理以及集中管理；
安防单元，至少包括接入所述总线中的CO检测、烟感、红外被动、门磁传感器单元；
环境检测单元，至少包括接入所述总线中的对环境参数检测的温度、湿度、照度、风力传感器单元；和
能源管理单元，至少对各种电气、照明设备的用电情况进行能源监控管理，管理参数至少包括电压、电流、有功、无功、功率因数；
其中每个功能模块单元均采用具有双向通讯能力的Freescale MC9S08AW32芯片，每个功能模块可以将自己的信息发送到网上，也可以接收网络上任何功能模块单元所传送的信息；每一功能模块单元通过竞争机制抢占总线，发送自己的信息；每个功能模块单元内具有实时操作系统，负责完成通讯总线的竞争、发送及接收数据、数据校验、实时任务的分配及执行和资源管理；
各功能模块单元在上电时，根据需要，将读取各自功能模块单元中的数据及驱动程序，由上位机配置后，在实时操作系统的管理下按照给定的任务执行；各功能模块单元中有输入通道负责采集各种参数或信息，并将这些信息发送到总线上，总线中的其它功能模块单元接收到这些信息后，根据给定的逻辑做出相应的处理，通过这些功能模块单元中的输出通道来完成预定的功能；功能模块单元中带有通讯程序、时钟中断服务程序、Flash擦除写入校验程序、自检程序、配置处理程序、电源管理程序、基本初始化程序、模块侦测与模块接口处理程序和常用的应用驻留程序；
其中所述总线系统采用单元地址化结构设计，根据系统的等级结构和应用控制器的功能通过软件自动分配来赋予每个功能部件相应的物理地址，控制命令通过总线传递到相应的地址，所述物理地址采用树状结构，每个功能模块单元相互之间通过总线进行连接；
其中用户通过网关单元的服务器来控制所述电气物联总线系统中的各功能模块单元，以及查询各功能模块单元的设备状态；所述总线的控制方式为对等控制方式，不同于传统的主从控制方式，总线采用三芯普通线缆，三芯线分别代表直流24V电源线、直流地线和数据线，系统上的所有模块均采用24V DC工作电源，通讯的速率为4800bps~38400bps。
2. 如权利要求1所述的电气物联总线系统，其中各功能模块单元在加电时，将根据需要读取各自功能模块单元中的数据及驱动程序，由上位机配置后，在实时操作系统的管理下执行给定的任务。
3. 如权利要求1所述的电气物联总线系统，其特征在于该上位机上还配置有网络诊断程序，用于对系统进行故障诊断，找出系统中的故障发生原因。
4. 如权利要求1所述的电气物联总线系统，其特征在于每个功能模块单元都具有双向的通讯能力，既可以将其信息发送到总线上，也可以接收总线上任何其它功能模块单元所传送的信息，并根据给定的逻辑做出相应的处理，在该电气物联总线系统中不存在主从关系。
5. 如权利要求1所述的电气物联总线系统，其特征在于所述网络单元可通过有线电话、有线网络或无线网络接口实现与外界进行数据交换，从而达到远程监控。
6. 一种如权利要求1所述的电气物联总线系统的配置方法，包括以下步骤：
（1）添加新的系统网络地址；
（2）系统各功能模块单元配置信息的上载；
（3）建立区域；
（4）单元模块配置；
（5）显示模块通道；
（6）通道分区；
（7）通道配置，至少包括：设置属性、定义控制关系和进行定时；
（8）导入、导出或删除模块；
（9）修改序列号；
（10）下载驱动程序或配置数据；
（11）下载配置信息，包括对各功能模块单元和对遥控器下载配置信息；
经过初始化后的总线系统能够按照预定的配置要求正常工作。

电气物联总线系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种智能型数字化的电气物联总线，属于电气自动化和信息通信技术领域。\n背景技术\n[0002] 随着数字化城市的发展，城市公用信息平台的形成，目前对建筑群智能化和信息化的要求越来越多。办公、居住、商用、厂房等多种建筑物群形成的数字化街区、数字化园区、数字化建筑群不断涌现，使智能建筑由单体的智能建筑走向建筑群的智能化、数字化。\n[0003] 现代建筑中，随着各种功能设施的多样化，电气安装、控制线路也日趋复杂。如何在满足强大功能的同时，尽量使安装工作简化，并且能保证系统良好的灵活性和低廉的运行成本，已成为现代建筑电气物联技术的发展趋势。而目前现有技术中尚未有这样一套专门用于各种电气物联总线。公开号为CN1392753的专利文件描述的是一种基于总线的照明控制方法及系统，是一种针对于照明控制方面的总线技术。公开号为CN1430384的专利文件描述的是一种智能家庭网络控制总线，但是，该总线指针对于数字化社区智能控制装置技术领域。\n[0004] 由此可以看出，现有技术中所实现的只是建筑领域中某一种功能或者是在一个领域的管理和控制，并没有一种真正适合于各种电气安装领域，并且把多种电气设备通过一条总线进行安装管理的系统。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的就是提供一种物联网总线平台，【英文简称为T-Bus ELB（Three-Bus Electric Link Bus）】，将楼宇内的中央空调设备、电气开关设备、灯光照明设备、能源管理、视频监控、安全防护、环境监测等设备进行整合，通过统一的总线式网络结构和控制平台，实现对这些设备的集中监控及管理，并通过相应的通讯接口(如：RS232、RS485、以太网、无线ZIGBEE、WiFi、3G等)与相关系统，如公用电话网、因特网、其它控制平台等进行互联通讯，从而构成现代化的电气物联网体系。\n[0006] 为了达到上述发明目的，本发明的技术方案采用如下方式实现：\n[0007] 一种电气物联总线系统，包括总线、接线端子、总线电源管理单元、各功能模块单元及上位机。其结构特点在于，所述的各功能模块单元通过总线由接线端子连接在一起。上位机通过RS232串口与总线电源管理单元的通讯接口进行连接，配置所述各功能执行器之间的控制逻辑关系。上述各功能执行器包括网络单元、对外接口单元、照明控制单元、电气设备管理单元、安防单元、环境检测单元、能源管理单元等。\n[0008] ⑴网络单元主要是通过有线电话、有线网络（RJ45）、无线网络（如：3G、WIFI、ZIGBEE、RF等）接口实现与外界进行数据交换，而达到远程监控。\n[0009] ⑵对外接口单元主要是通过485接口或232接口等实现与其它系统进行数据交换，以达到数据共享等目的。\n[0010] ⑶照明控制单元包括触摸开关、旋钮开关、电子点动开关、普通翘板开关、无线遥控等输入单元，通过输入单元及其它控制方式可控制照明的开关和亮度，甚至可监控此照明设备的好坏情况。\n[0011] ⑷电气设备管理单元包括设备的控制、能耗情况以及集中管理等。\n[0012] ⑸安防单元包括接入此总线中的CO检测、烟感、红外被动、门磁等传感器单元。\n[0013] ⑹环境检测单元包括接入此总线中的对环境参数检测的温度、湿度、照度、风力等传感器单元。\n[0014] ⑺能源管理单元主要包括对各种电气、照明设备等用电情况的能源监控管理(如：电压、电流、有功、无功、功率因数等参数)。\n[0015] 上述总线采用的是一种标准的总线控制系统，控制方式为对等控制方式，不同于传统的主从控制方式，总线采用三芯普通线缆，三芯线分别代表直流24V电源线、直流地线和数据线，系统上的所有模块均采用24VDC工作电源。通讯的速率为4800bps~38400bps。\n[0016] 上述总线系统采用单元地址化结构设计，根据系统的等级结构和应用控制器的功能赋予每个功能部件相应的物理地址（通过软件自动分配的），控制命令通过总线传递到相应的地址，达到控制的目的。它的物理地址是采用树状结构的，系统最基本的构成是每个功能模块单元，单元与单元之间通过总线进行连接，构成一个子系统。一个子系统上的单元数可多达255个，每个单元可接回路最大为16个。通过电源管理单元可将16个子系统互相连接和组合起来，从而构成一个完整的系统。系统控制的节点数量可多达65280个（255*16*16）。\n[0017] 本发明具有组网结构简单，扩展能力良好，接入方式方便灵活，本地及远程监控功能，高可靠性和安全性、简单的安装方式等，从而实现高可靠性、低成本的电气物联。\n附图说明\n[0018] 图1为本发明的系统结构示意图\n[0019] 图2为本发明电源管理单元的系统结构示意图\n[0020] 图3为本发明数字电表单元的系统结构示意图\n[0021] 图4为本发明OLED温湿度显示按键单元的系统结构示意图\n[0022] 图5为本发明无线双向遥控器系统结构示意图\n[0023] 图6为本发明以太网网关单元系统结构示意图\n[0024] 图7为上位机配置软件\n[0025] 下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的说明。\n具体实施方式\n[0026] 参看图1，电气物联总线系统，包括总线电源供应器1、系统电源管理单元2、系统总线3、各功能模块单元N及上位机4。\n[0027] 所述功能模块单元由系统总线3连接在一起。\n[0028] 所述上位机4通过标准的RS232接口与电源管理单元2进行通讯，上位机4利用专用的上位机配置软件通过电源管理单元2进行数据的上传/下载，对整个系统进行配置管理。\n[0029] 所述电源供应器1为220V转24V开关电源，为系统总线即电源管理单元2提供\n24V直流电源。\n[0030] 所述电源管理单元2，负责提供总线电源和数据电源，以及上位机与总线系统之间的通讯中转。上位机通过系统配置软件与电气物联总线系统进行通讯，读取系统中各功能模块单元的各种信息，根据用户的要求，在上位机上可配置各功能模块单元之间的控制逻辑关系，将此逻辑关系下载到各功能模块中，撤掉上位机后，整个系统上的各功能模块单元即可按照预先配置的逻辑关系协调地工作。也可通过上位机上的网络诊断程序对系统进行故障诊断，找出系统中若干故障的发生原因。\n[0031] 参看图2，外接直流24V电源经过电源转换模块1转换成系统需要的总线电源和数据电源，以及各芯片工作电源，主芯片3通过读取时钟芯片2的时间日期信息数据，并把这些时间信息作为系统时间发送至总线网络上的各个功能模块单元，使得各功能模块单元都有统一的系统时间，以方便实现各种周期、定时性的功能操作。\n[0032] 所述功能模块单元，包括：数字电表单元5、风机盘管控制单元6、窗帘控制单元7、白炽灯调光单元8、日光灯调光单元9、DO单元10、电话单元11、电流检测单元12、AI输入单元13、AO输出单元14、DI单元15、TI单元16、网关单元17、无线双向遥控器18、普通按键单元19、OLED温湿度显示按键单元20、无线收发按键单元21等。各功能模块单元中均带有描述该模块基本功能的数据信息及驱动程序。\n[0033] 每个功能模块单元均采用具有双向的通讯能力的Freescale MC9S08AW32芯片,它既可以将自己的信息发送到网上,也可以接收网络上任何功能模块单元所传送的信息。\n在网络中不存在主从关系,每一功能模块单元通过竞争机制抢占总线,发送自己的信息。\n功能模块单元的数量可容纳255个。本发明可以完成点到点，点到多点及广播式等方式的数据通讯，实现各功能模块之间的数据交换，通过功能模块内的实时操作系统，使得整个系统得以协调的运转。每个功能模块单元内的实时操作系统，负责完成通讯总线的竞争、发送及接收数据、数据校验、实时任务的分配及执行、资源管理等功能。\n[0034] 各功能模块单元在上电时，根据需要，将读取各自功能模块单元中的数据及驱动程序，由上位机4配置后，在实时操作系统的管理下按照给定的任务执行。各功能模块单元中有输入通道负责采集各种参数或信息，并将这些信息发送到总线上，总线中的其它功能模块单元接收到这些信息后，根据给定的逻辑做出相应的处理，通过这些功能模块单元中的输出通道来完成预定的功能。功能模块单元中带有通讯程序、时钟中断服务程序、Flash擦除写入校验程序、自检程序、配置处理程序、电源管理程序、基本初始化程序、模块侦测与模块接口处理程序，常用应用驻留程序等主要工作程序。\n[0035] 上述的数字电表单元5负责检测控制系统内所有用电设备用电信息的采集，该单元包括分流器检测元件1、电量检测芯片2、主芯片3、总线接口模块4、FLASH存储器5。\n[0036] 参看图3，检测元件1把相应的电信号采集到电量检测芯片2，由电量检测芯片2进行计算得到实际的电量参数，包括：电流，电压，有功功率，无功功率，功率因数等，并把相关数据存储并至FLASH存储器5，以方便电量历史数据的读取，主芯片3通过电量检测芯片\n2获取实时电量信息，并通过总线接口模块4发送至总线网络上，总线网络上相关的信息管理平台可获取这些电量信息，来了解系统中用电设备的用电情况。\n[0037] 上述的风机盘管控制6，负责对楼宇里中央空调风机盘管的控制，并且和OLED温湿度显示按键单元20中温湿度检测通道进行关联，实现空调的智能化管理。\n[0038] 上述的窗帘控制单元7，负责对电动窗帘或百叶窗的控制。\n[0039] 上述的白炽灯调光单元8和日光灯调光单元9，负责控制系统内所有白炽灯和日光灯的开闭和亮度调节。\n[0040] 上述的DO(数字量输出)单元10包括大功率的设备输出模块和中小功率的设备输出模块。主要负责对系统内开关量设备的控制。\n[0041] 上述电话单元11通过电话线接口与指定的固定电话机或手机进行相互的数据交换，用户可以将事先设定的报警信息以语音的方式主动地发送到指定的固定电话机或手机（可同时设定2个不同的电话号码，以防其中一个被占用，但它只要打通其中一个则将忽略另外一个）。在外面用户可通过固定电话或手机与楼宇里的电话单元11相连，可以控制楼宇内设备的开启与关闭，也可查询楼宇内设备的状态。\n[0042] 上述的电流检测单元12，负责对接入该单元回路的用电设备的负载电流通过电流检测模块进行检测，并计算出把实际的电流值通过总线通讯接口发送至总线网络上。\n[0043] 上述的AI(模拟量输入)单元13，负责对接入该回路的电流或电压信号进行检测，通过模块中10位A/D转换通道，转换成对应比例的数字量，并通过总线通讯接口发送至总线网络上。\n[0044] 上述的AO(模拟量输出)单元14，负责对接入该回路的电流或电压信号进行控制输出，通过模块中10位D/A转换通道，转换成对应比例的电流或电压信号。\n[0045] 上述的DI(数字量输入)单元15包括接入总线网络中的CO探头、烟感探头、红外被动探头、门磁探头等模块。通过检测各种探头的状态变化，实时反馈到总线网络中，通过和相应输出单元如：DO(数字量输出)单元进行逻辑关联，可实现必要的报警或保护动作。\n[0046] 上述的TI(温度检测输入)单元16，负责对接入该回路的PT100O测温探头可对测温环境比较苛刻的环境，如：溶液等进行温度检测，通过一系列的信号放大电路，PT100O测温探头的微弱信号调整成标准的电压信号，通过模块中10位A/D转换通道，转换计算成对应的温度值，并通过总线通讯接口发送至总线网络上。\n[0047] 上述以太网网关单元17，包括以太网接口模块1、主芯片2、总线接口模块3。\n[0048] 参看图6，上述以太网网关单元通过以太网接口模块1与局域网进行相互的数据交换，实现电气物联总线系统与局域网的协议转换，并把相应的数据转发给主芯片2，主芯片2通过总线接口模块3发送至总线网络上。在外面可直接登陆本发明的网关单元内置的webserver，经过必要的安全认证后在网页上既可控制楼宇内的设备，也可查询楼宇内的设备状态。\n[0049] 上述无线双向遥控器18，包含LCD触摸屏1、无线转发模块2、主芯片3、FLASH存储器4、红外接收模块5、红外发射模块6、按键控制模块7。\n[0050] 参看图5，无线双向遥控器通过LCD触摸屏1和按键控制模块7的操作，把相关的控制命令通过无线转发模块2发送出去，无线收发按键单元21中内嵌的无线转发模块接收并把命令数据转发至总线网络上，总线网络上的相应的功能模块单元接收并执行相应的命令，并把状态信息反馈至总线网络上，无线收发按键单元21中内嵌的无线转发模块接收这些反馈信息，通过无线方式转发至无线双向遥控器的无线转发模块2，无线转发模块2再转发至无线双向遥控器的主芯片3，主芯片3把相应的状态信息显示到LCD触摸屏1，部分信息如：短消息存储至FLASH存储器4。无线双向遥控器还可通过红外接收模块5接收并学习各种家用电器的红外遥控器的红外控制码，并通过红外发射模块6发射相应的红外控制码以实现红外设备的控制功能。\n[0051] 上述OLED温湿度显示按键单元20，包含一个温湿度检测元件1，一个128*32分辨率的OLED显示屏2，显示驱动芯片3，主芯片4，总线接口模块5，按键控制模块6。\n[0052] 参看图4，通过温湿度检测模块1检测环境的温度和湿度参数，主芯片4获取这些参数并计算成实际的温度和湿度值，通过显示驱动芯片3在OLED显示屏2显示，同时把相应的温湿度值通过总线接口模块5发送至总线网络上。\n[0053] 上述无线收发按键单元21，包含一个无线信号的接收和发送模块。采用IEEE \n802.15.4协议的无线通讯技术，实现与无线双向遥控器18即手持控制终端之间的信息交互，以实现对系统内设备的多角度无线控制。\n[0054] 本发明中采用的网络总线是自行设计的三线制总线，包括电源线（24V），地线与数据线,通讯的速率为19200bps,基本可以满足本发明的要求。\n[0055] 上述上位机4的配置软件主要包括系统配置软件。\n[0056] 参看图7，系统配置软件主要用来对电气物联总线总线系统提供初始化配置，经过初始化配置后的总线系统能按照预定的配置要求正常的工作。其配置过程如下：\n[0057] （1）添加新的系统网络地址；\n[0058] （2）系统各功能模块单元配置信息的上载；\n[0059] （3）建立区域；\n[0060] （4）单元模块配置；\n[0061] （5）显示模块通道；\n[0062] （6）通道分区；\n[0063] （7）通道配置（包括：设置属性、定义控制关系、定时等）；\n[0064] （8）导入、导出或删除模块；\n[0065] （9）修改序列号；\n[0066] （10）下载驱动程序或配置数据；\n[0067] （11）下载配置信息（包括：对各功能模块单元下载和对遥控器下载）。\n[0068] 本发明的主要功能如下：\n[0069] 1.现场配置功能：可以通过上位机对所安装的网络硬件进行相应的软件配置，以期达到用户所要的逻辑关系；\n[0070] 2.无线/红外遥控与交互功能：用户可以通过手持式带大屏LCD的遥控器对楼宇里的所有设备进行控制、查询、设置、定时、场景等；\n[0071] 3.照明系统的开闭和调光功能；\n[0072] 4.电气设备控制（红外及电源开闭控制）；\n[0073] 5.电动门、电动窗帘/遮阳百叶窗等设备控制；\n[0074] 6.中央空调风机盘管控制；\n[0075] 7.安防功能：有门磁，烟感，CO探头，红外被动等各种探头，组成安全的防护系统；\n[0076] 8.环境监测功能：由各种温湿度传感器组成，包括有线的和无线的，主要为提供室内外的环境温湿度值；\n[0077] 9.电话远程监控功能：用户通过电话/手机，可查看居所内的各个设备的状态，并可以远程控制这些连接到网络上的设备；\n[0078] 10.网关交互功能：用户可以通过网关单元连接到互联网，可直接访问本系统的服务网站通过输入自己的登录密码，就可直接登录自己的设备管理网页，并可进行远程控制、查询所有电器设备状态等；\n[0079] 11．整个区域的电量监测（包括电流、电压、频率、有功、无功、视在功率、总电量。