HBS总线协议与BACnet协议转换模块的研究

摘要

智能建筑是这个世纪建筑业的主要方向，它是我们生态文明时代可持续发展战略在建筑行业内的具体表现，楼宇自控作为智能建筑里面的基础。多年以来，楼宇自控系统中的集成应用一直困扰着开发商、集成商和工程师们。各类系统的现场总线技术和多样化的通讯协议，造成不同系统、不同厂家的产品难以集成。
　　 现场总线(Fieldbus)技术是一种应用到实际现场，在不同设备与相连设备之间、设备与控制系统之间，实现双向、串行、多节点的数字通信技术。现阶段，现场总线技术在工程作业等系统的控制设计环节已经进行了很多的应用，自动控制和网路结合的控制方式正在逐步取代旧的集散控制和使用微机分层控制方式。现阶段工程现场存在的多种总线技术，还有各类协议标准存在的多重差异性也给实际的应用带来了繁琐;这类情况还影响现场总线的兼容性和开放性，增大了系统实现相互通信的难度。因此工程现场经常需要多种协议转换模块来实现不同形式的现场总线的互联。
　　 根据目前现状，本论文开始简述了现场总线的定义及特性，介绍了楼宇自控中几种常见的现场总线技术的特点，然后确立本论文的主要目标是研究设计一种对HBS总线协议与BACnet通讯协议的转换模块。随后，说明了OSI七层协议体系结构和BACnet协议结构及功能。进而，针对现场楼宇自控系统和中央空调系统中的现场总线形式、通讯协议不同的情况，设计开发了一种使用Renesas公司H8/3687芯片和NXP公司LPC1768(ARMCortex-M3)芯片的协议转换模块，利用MITSUMIELECTRIC公司的MM1192芯片完成HBS总线的通讯，利用DP83848芯片实现楼宇自控系统中以太网络的通讯，然后设计相应的其他硬件电路，实现两系统之间的数据交换。
　　 在此硬件电路上，设计和完成每个功能板块的控制程序和通讯程序，使得协议转换模块能够成功完成楼宇自控系统与中央空调系统之间的数据交换任务，协议交换模块与上端机通讯时按照楼宇自控系统中的BACnet通信协议，与下端机通讯时按照中央空调系统的H-Link通信协议。在实际应用中，协议转换模块可以及时地将中央空调系统的启动与停止、制冷制热模式、风速、风导向、设立温度、回风温度和故障代码等系统信息传输到楼宇自控系统中，使管理者能够及时了解各用户空调系统的运行状况，并且可以从自控系统中直接对用户的空调系统进行启动与停止、制冷制热模式、风速、风导向和温度等系统设定命令，实现楼宇自控系统与商用中央空调系统的互联，通过监控各空调用户的环境状态和空调使用情况，来控制楼宇中的耗能大户——空调的运行状态，从而达到节能环保的要求。
　　 目前，工程现场总线技术正越来越多得到人们的关注，尤其是现场总线的歼放性和兼容性的情况。文章中协议转换模块的设计就是在这个行业的一种新开发，该开发成果目前正在运行实验阶段，但为进一步完成通信协议之间的连接转换奠定了基础，具有一定的实际应用意义，同时也为今后同类的协议转换模块使用到大量的工程现场打下了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与介绍

1．2 现场总线概述

1．2．1 现场总线的概念

1．2．2 现场总线的特点

1．2．3 现场总线的优点

1．2．4 楼宇自控的现场总线技术

1．3 本论文的意义及主要内容

第二章 网络体系结构与分析

2．1 OSI协议体系结构

2．1．1 OSI协议体系结构介绍

2．1．2 OSI参考模型的功能

2．2 BACnet协议通信模型

2．2．1 BACnet协议的体系结构

2．2．2 BACnet各层的功能

第三章 协议转换模块的功能及设计构思

3．1 协议转换模块的功能

3．2 协议转换模块的设计构思

3．2．1 软件构思

3．2．2 硬件构思

第四章 协议转换模块的硬件设计

4．1 主要芯片介绍

4．2 硬件电路构成

4．3 电源电路

4．4 HBS通信电路

4．5 以太网接口电路

4．6 芯片传输通信电路

第五章 协议转换模块的软件设计

5．1 H-LINK通讯协议

5．1．1 H-LINK通讯协议介绍

5．1．2 通信格式

5．1．3 通信顺序

5．2 BACnet通讯协议

5．2．1 协议简介

5．2．2 通信结构图

5．2．3 BACnet对象定义

5．3 模块软件设计

5．3．1 初始化程序

5．3．2 主控制程序

5．3．3 HBS通信控制程序

5．3．4 服务读写控制程序

第六章 论文总结与后续展望

6．1 论文总结

6．2 后续工作展望

参考文献

致谢

学位论文评阅及答辩情况表