于总线的分布式控制系统的研究与实现硕士学位论文上海交通大学年武金山基于总线的楼宇自动化系统设计硕士学位论文合肥工业大学年唐俊杰基于楼于自动化系统的嵌入式网关设计与开发硕士学位论文上海交通大学年李朝春单片机原理及串行外设接口技术北京北京航空航天大学张岳集散控制系统及现场总线机械工业出版社，沈卫红基于单片机的智能系统设计与实现北京电子工业出版社，范瑞霞针对总线传输距离问题的两种解决方案微计算机信息穆立君基于总线的楼宇自动化系统设计硕士学位论文湖南大学年附录附录总原理图附录总图和实物图附件元器件清单表器件类别元件序号型号参数数量封装形式单片机总线控制器总线收发器串口电平转换光电耦合器串口接头针开关无自锁按钮发光二极管红灯排阻二极管晶振普通电阻电容附件系统总程序填充数据，开始发送正在发送，帧发送完成后置串口为空闲状态。

接收完标志清接收计数器清，同时也释放清接收超时时间置串口为空闲状态。

，控制通风系统控制照明系统控制给排水系统控制电力供应系统获取温度信息获取电压信息获取电流信息获取水位信息串口开开开总中断接收到帧头后置串口为接收数据状态。

接收计数置位将帧头收入接收缓存。

置帧接收超时时间。

帧接收完成，忙返回网络的通信和管理都是通过不同的通信对象来完成的。

通讯对象分类数据对象被映射到单的帧中，用个字节的数据字段把过程数据对象映像到单的帧传输应用对象。

每个都有个惟的标识符，并且可以通过个节点发送，但是可以有多个接受者。

数据服务对象用来对对象字典进行读写操作。

该对象可以传输大于个字节的配置信息。

接收者将确认收到的每个段信息，发送和接受者间将建立点对点之间的通信，被访问对象字典的设备是通讯的服务器，个设备可以支持多的对象，但是至少有个会在个设备中被支持。

网络管理对象网络管理对象包括节点警戒对象。

网络管理协议提供了特定应用，网络同步，时间戳和紧急报文传输。

主要提供了以下功能模块控制服务配置控制服务和控制服务。

特殊功能对象还为同步，紧急状态表示以及时间标记传送三个特定对象。

同步对象是同步制造者对网络进行周期性广播，为该对象提供基本网络时钟。

紧急对象则是当设备发生严重的内部时，紧急客户机发送个紧急状态对象。

时间标记对象是将应用设备提供公共的时间帧作参考。

要点对用户来说了解协议的些要点是很重要的。

标识符协议采用位标识符，数据链路层与致。

网络中的主从节点在系统中需要有个而且只有个主节点，但是可以有多个从节点。

主节点用于启动和停止网络节点检查网络引导。

如图图主从节点协议在协议中，的数据信息是种过程数据对象，它是设备用来传送处理信息的标准方式。

这种通讯方式为对多。

见图图协议服务提供了种获得指定节点相关状态的数据，服务端发送相应的数据回应。

如图图服务预定义连接集其简化了网络的配置和使用。

发送和接收规定了相应的内存区域和接受网络上的数据，可从节点从节点从节点从节点服务端客户端请求回应认同为语言中不转弯的对地址进行操作处理，从而实现了数据能够完全透明地传送，为程序的编程简单化。

协议在口中的应用模块包括初始化，欲操作，操作和停止四个状态，每个状态间通过内部事件或主节点服务报文触发。

在加电后，模块进入初始阶段完成模块功能的初始化，从应用层初始化开始，配置节点的标识符波特率对象字典和基本数据结构，对些参数进行初始化，以备数据的传送。

在完成初始化后，模块会向网络节点发功报文，被激活并通过对象字典，对参数进行修正。

通过网络节点的远程报文的协助，使模块进入操作状态。

在模块进入停止状态时，模块会暂停除了网络管理服务外的所有运行的服务。

完成通讯后，终止其相关服务。

清除层上的数据结构和通讯对象，结束模块的当前操作。

通讯流程图如图。

图通讯流程方案设计总体设计方案采用主流单片机为微控制器，结合独立控制器设计的硬件电路，该系统包括智能节点和具有转换功能的主节点两部分。

智能节点实现了数据采集显示总线通信以及输出控制等功能。

本系统由上位机总线借口通信适配卡和多个监控节点组成。

监控点主要监控空调与通风监控系统，照明监控系统系统，供电系统，供水系统。

方案设计图如下图。

图方案设计框图系统软件设计系统软件设计关键是通信程序的设计。

本设计采用语言完成的控制程序，主要由初始化发送接收三部分组成。

由于系统中个点在任意时刻均可以主动与其他节点通信，所以各节点的通信程序相同。

软件采用或者实现。

选择原因基金会现场总线以开放系统互连模型为基础，取其物理层数据链路层应用层为通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。

用户层主要主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。

取得控制权的主站，可向从站发送获取信息。

泛应用于加工制造过程和楼宇自动化等行业。

其中可以提供最大的传输速率。

由于优越的传输特性和高的传输速率，在可编程逻辑控制器中被广泛采用。

是的缩写，是国际标准化的串行通信协议。

在当今各产业中，为了给人和社会带来利益，各种各样的电子控制系统被开发了出来。

由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求的初始化程序设计主要是通过对的寄存器写入相应的控制字，从而确定的工作方式。

软件复位即在运行期间给发个做个复位识别。

需要初始化的寄存器有控制寄存器或模式寄存器时钟分频寄存器接受代码寄存器屏蔽寄存器中断使能寄存器总线定时寄存器输出控制寄存器等。

因为这些寄存器仅能在复位期间进行访问，因此在这些寄存器初始化之前，必须要确保系统进入复位状态。

对进行初始化建立总线后，节点通过现场总线收发数据包。

数据包发送由总线协议完成。

将要发送的数据传到的缓冲区，命令标志位发送请求，当报警信号存在时，向总线上的其他节点和上位机发送数据。

发送数据时，发送缓冲器禁止写入。

主控制器要监控状态寄存器中发送缓冲器标识符，对缓冲器是否接收数据进行判断。

发送程序如图。

图发送程序接收程序数据从总线到接收缓冲区由的控制器自动完成。

接收程序将各个节点的报文接收以及其它方面的处理。

从接收缓冲器中读取接收到的数据进行处理，并且在处理过程中对总线出现的异常情况进行处理。

系统设计中采用中断的方式接受数据。

如图。

图接收程序流程图为小区安全监控系统窗口，其接收和发送均以进制，按键和的发送和接收的命令如下打开空调与通风监控系统亮关闭空调与通风监控系统灭打开照明监控系统系统亮关闭照明监控系统系统灭打开给排水监控系统亮关闭给排水监控系统灭打开电力供应监控系统亮关闭电力供应监控系统灭按键获取当前温度按键获取当前电压按键获取当前电流按键获取当前水位图窗口调试结果及分析在硬件调试处理过程中，发现过芯片的模拟输入和输出没有隔离开。

以至于电路出现异常。

后经过修改，硬件电骡工作正常软件调试由台机系统硬件电路和软件组成。

调试单片机和串口通信硬件部分都为正常。

在窗口运行基本收发程序。

通过按键模拟数据采集驱动，模拟继电器动作。

通过两个仿真器可以了解串口通信部分的状态，另外还可以间接了解总线的实际状态，在调试中间向的测试寄存器写入，再读的测试寄存器，结果与写入的致。

说明与控制器连接正常。

输入通道编写程序，通过观察仿真器对应地址中的内容，确定节点的输入通道为正常。

结束语通过对系统的硬件软件的反复调试和充分利用语言编程的模块性可修改性和可移植性的特点。

调试结果说明该基于总线的楼宇自动化系统的设计方案是可行的。

在充分考虑到实际环境下，通过控制器能高速有效的采集和处理现场数据，并能进行现场实时监控，实现了信息通信处理。

体现出总线的高性能，高可靠性。

楼宇自动化系统能够改善人的生活环境，适用于当今社会。

它能够创造很好的经济效益，具有广阔的应用前景。

致谢经过这个学期的努力，本次楼宇自动化系统设计工作基本完成。

设计能够顺利地完成是在我们的指导老师刘鸿飞老师的细心指导下进行的。

刘老师话费了很多宝贵的时间和精力为我设计的选题和资料的搜集直至最后设计的修改调试，在此向我的指导老师表示最真挚的感谢，指导老师严谨的教学态度，开拓进取的精神和高度的责任心使我受益匪浅，在此还要感谢和我同做此设计的同学施小毅。

在平时设计中，我们起共同探讨问题，并指出判断我们设计上的误区，使本次设计能及时的发现问题。

把设计顺利的进行下去，在我们的互补下才能顺利的结稿，在此表示深深的谢意。

参考文献王俊波协议分析与实现中文核心期刊，年第卷第期任玮蒙，陶维青基于总线的高层协议自动化技术应用年第卷第期杨春杰，亢红波基于总线的分布控制系统设计工业仪表与自动化装置年第期，叶爱兵，郑华耀，陈巨涛基于的协议分析系统设计与实现扬州大学报年月第卷第期苏健，张慧慧基于以总线的监控系统的设计制造业自动化年第期，孔祥力基于总线的分布式网络测控系统研究硕士学位论文哈尔滨工程大学年王俊波，胥布工协议分析与实现中文核心期刊年第卷第期李冰，戚建，刘国良，贺尚红总线协议在摊铺机上的应用三重工股份有限公司研究院，上海谢嵘基不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。

为适应减少线束的数量通过多个，进行大量数据的高速通信的需要，因此有了的通信协议。

现在，的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化船舶医疗设备工业设备等方面。

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之，被誉为自动化领域的计算机局域网。

总线是属于现场总线的范畴，它可对串行通信网络进行分布控制或者实时控制。

对于目前叫的的基于线构建的分布控制来说。

总线具有下面优势总线开发系统具有实时性强传输距离远抗干扰能力强。

是到目前为止唯具有国际认证标准且成本低的现场总线总线废除传统的站地址编码，它以对通信数据块进行编码，可以不分主从，多主方式工作。

采用非破坏性仲裁技术两个节点同时向网络上传送数据时，可判断优先级，先高后低使优先级高的节点在传输数据是不受影响，避免了总线冲突。

采用短帧结构，每帧只有个有效字节，数据传输时间短，重新发送的时间短，受干扰的概率低。

可以点对点，对多及广播集中方式传送和接收数据。

传输距离可长达。

的每帧信息都有通过校验及检错措施，具有极好的检错效果的通信介质的选择上十分灵活，可选用双绞线同轴电缆或光纤。

节点在严重的情况下，能够自动关闭总线，切断它与总线的关联，使总线上其他操作不受影响基于上总线概述，又从成本以及工程上考虑，本次设计选择总线。

针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。

用于实现测量控制工程量转换的应用模块，实现系统组态管理功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系统网络系统的系统集成技术。

过程现场总线，支持主从方式和多主通信方式。