BACnet在建筑物能量管理系统中的研究与实现

摘要

BACnet楼宇控制网络协议是当前智能建筑发展的主流技术，已经成为楼宇自控的国际标准，该协议规范了楼宇控制设备实现互操作的方法。BACnet完全开放，技术先进，被许多标准组织接收为标准，具有广泛的权威性，它不依赖于现有的局域网或广域网技术，具有良好的互连特性。 建筑节能成为当今普遍关注的热点问题之一。能量管理系统就是针对建筑节能开发的。现阶段建筑节能领域的研究核心问题之一是解决各种节能系统之间以及节能系统与智能建筑各系统之间的信息交换问题。建筑物能量管理系统是伴随着智能建筑的发展而产生的，与智能建筑紧密结合在一起，特别是与其中的楼宇自控系统关系密切。 BACnet协议作为一个统一的数据通信平台，为建筑设备各系统提供了一种标准的交互语言，从而从根本上解决了各系统间的通讯问题。将BACnet应用于能量管理系统，作为能量管理系统的通信协议，有利于能量管理系统与其他系统相互协作，构建有效、节能的建筑环境。 本课题主要研究内容是BACnet在能量管理系统中的实现。介绍了BACnet的体系结构、网络拓扑结构和主要特点，BACnet标准的研究以及产品应用现状。在此基础上，详细分析了基于BACnet通信的能量管理系统的框架结构和工作原理，给出了系统总体设计方案。搭建了处理服务节点和检测控制节点硬件平台，并且针对能量管理系统采用嵌入式操作系统的软件设计理念，对处理服务节点和检测控制节点的程序架构，任务划分，各任务的功能实现做了详细分析，包括基于C语言的具体实现。重点介绍了服务处理节点和检测控制节点通信任务中BACnet作为底层通信协议的实现。最后，针对通信过程遇到的问题及解决办法，进行了详细的说明，并完成对BACnet在能量管理系统中编码实现的一致性测试。

目录

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声明

第一章绪论

1.1建筑能耗与能量管理系统

1.2基于BACnet的能量管理系统

1.2.1 BACnet协议简介

1.2.2 BACnet与能量管理系统的结合

1.3本课题的研究内容和意义

第二章能量管理系统设计

2.1系统框架结构

2.2系统工作原理

2.3检测控制层

2.3.1传输效率的检测与控制

2.3.2利用效率的检测与控制

2.4管理服务层

2.4.1服务层数据处理

2.4.2服务层数据通信

2.5管理中心层

2.5.1数据的融合

2.5.2能量管理与调度

第三章处理服务节点设计

3.1硬件电路设计

3.1.1微控制器

3.1.2 BACnet物理层通信电路

3.1.3以太网通信电路

3.1.4存储电路

3.1.5实时时钟电路

3.1.6抗干扰设计

3.2软件设计

3.2.1嵌入式实时操作系统

3.2.2处理服务节点任务设计

3.2.3程序结构

第四章检测控制节点设计

4.1检测控制器功能需求分析

4.1.1检测参数采集需求分析

4.1.2通信过程需求分析

4.1.3控制功能需求分析

4.2硬件电路设计

4.2.1微处理器

4.2.2信号输入电路

4.2.3输出电路

4.3软件设计

4.3.1程序结构

4.3.2任务实现

第五章BACnet底层通信实现

5.1节点对象的定义与初始化

5.2服务类型的选择

5.3处理服务节点的BACnet通信

5.3.1 BACnet通信应用层设计

5.3.2 BACnet通信网络层设计

5.3.3 BACnet通信MS/TP的实现

5.4检测控制节点的BACnet通信

5.4.1接收信息状态机实现

5.4.2应答数据结构

第六章系统问题分析与一致性测试

6.1实时操作系统任务切换

6.2 BACnet通信问题分析

6.2.1主从收发时间同步问题

6.2.2从机通信时间设置问题

6.3 BACnet协议一致性测试

第七章总结

附录

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文与工程报告