基于RS485現場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )空調系統

　　1、引言

　　作為傳統家電的空調器向智能化、數字化、網(wǎng)絡(luò )化的方向進(jìn)化，實(shí)現全面的數字化，正是大勢所趨。借助互連網(wǎng)絡(luò )、電話(huà)網(wǎng)絡(luò )和產(chǎn)業(yè)局域網(wǎng)，運用先進(jìn)的通訊技術(shù)，可以將某一地域內的空調器組成網(wǎng)絡(luò )，實(shí)行本地或異地集中控制和監測、進(jìn)行數據采集、故障診斷、故障排除、售后維護等功能。本文將先容廣州華凌空調設備有限公司開(kāi)發(fā)的基于RS-485現場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )空調系統。

　　2、網(wǎng)絡(luò )空調的優(yōu)點(diǎn)

　　2.1 具有單機工作模式空調機的所有制冷、制熱、除濕、除霜等功能，能進(jìn)行本地操縱。

　　2.2 實(shí)現遠程開(kāi)關(guān)機操縱和工作模式設定。

　　2.3 在一些設備機房實(shí)現全天候多機自動(dòng)互補輪流工作。

　　2.4 實(shí)現遠程實(shí)時(shí)工作狀態(tài)查詢(xún)和監測。

　　2.5 可以自動(dòng)將故障信息反饋至監控中心(維修中心)，并且進(jìn)行快速遠地故障診斷和故障排除。

　　3、空調網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)

　　數據信號的可靠正確傳輸在網(wǎng)絡(luò )中是至關(guān)重要的，本空調網(wǎng)絡(luò )的總線(xiàn)采用采用RS-485總線(xiàn)作為數據傳輸鏈路，實(shí)現半雙工異步通訊。這是由于一方面，RS-485標準作為一種多點(diǎn)、差分數據傳輸的電氣規范現已成為業(yè)界應用最為廣泛的標準通訊接口之一。這種通訊接口答應在簡(jiǎn)單的一對雙絞線(xiàn)上進(jìn)行多點(diǎn)、雙向通訊，每一個(gè)終端只需通過(guò)接口掛在總線(xiàn)上，可以實(shí)現真正的多點(diǎn)總線(xiàn)結構。它所具有的噪聲抑制能力、數據傳輸速率、電纜長(cháng)度及可靠性是其他標準無(wú)法相比的。另一方面，RS-485標準只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶(hù)可以建立自己的高層通訊協(xié)議。以下是RS-485接口的主要特點(diǎn)：

　　平衡傳輸

　　多點(diǎn)通訊

　　驅動(dòng)器輸出電壓(帶載)：≥|1.5V|

　　l接收器輸進(jìn)門(mén)限：±200mV

　　l-7V至+12V總線(xiàn)共模范圍

　　最大輸進(jìn)電流：1.0mA/-0.8mA(12Vin/-7Vin)

　　最大總線(xiàn)負載：32個(gè)單位負載(UL)

　　最大傳輸速率：10Mbps

　　最大電纜長(cháng)度：4000英尺

　　4、網(wǎng)絡(luò )配置

　　RS-485總線(xiàn)不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò )，假如采用如圖1中a、b、c的不正確連接方式，盡管在某些情況下(如間隔短、速率低、干擾小等)仍然可以正常工作，但隨著(zhù)通訊間隔的延長(cháng)或通訊速率的進(jìn)步，其不良影響會(huì )越來(lái)越嚴重，甚至發(fā)生通訊故障，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，造成信號質(zhì)量下降。

　　為此，最好采用終端匹配的總線(xiàn)型結構拓撲結構，用一條單一、連續的信號通道總線(xiàn)將各個(gè)節點(diǎn)串接起來(lái)，從總線(xiàn)到每個(gè)節點(diǎn)的引出線(xiàn)長(cháng)度應盡量短，以便使引出線(xiàn)中的反射信號對總線(xiàn)信號的影響最低。如圖1中d、e、f的連接方式。

　　另外，RS-485標準并沒(méi)有規定有關(guān)總線(xiàn)上答應連接的收發(fā)器數目，但規定了最大總線(xiàn)負載為32個(gè)單位負載(UL)。每單位負載的最大輸進(jìn)電流為1.0mA/-0.8mA，相當于約12kΩ。為了擴展總線(xiàn)節點(diǎn)數，方案中選用輸進(jìn)電阻達到48kΩ以上(1/4UL)的MAX487器件，節點(diǎn)數就可增加至128個(gè)。

　　MAX487 的典型應用如圖2所示。

　　5、網(wǎng)絡(luò )空調系統的組成

　　5.1 網(wǎng)絡(luò )系統應用框圖

　　圖3是網(wǎng)絡(luò )空調系統應用框圖。整個(gè)系統由硬件、軟件和傳輸協(xié)議三大部分組成。

　　5.2 硬件設備組成及作用

　　5.2.1 空調機控制板(包括MAX487芯片)：用于實(shí)現空調的自動(dòng)化、智能化、節能化控制，并且通過(guò)MAX487接收網(wǎng)絡(luò )上的信號和發(fā)送信號到網(wǎng)絡(luò )上，每個(gè)設備都具有獨立唯一的地址編碼。

　　5.2.2 網(wǎng)絡(luò )電纜和接插件：提供網(wǎng)絡(luò )信號進(jìn)行傳輸的物理鏈路。

　　5.2.3 集散控制器：集散控制器是網(wǎng)絡(luò )的核心部件，是空調網(wǎng)絡(luò )的接進(jìn)設備，其作用相當于一臺網(wǎng)關(guān)，它可以對各臺空調器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，進(jìn)行運行控制和狀態(tài)監測;集散控制器可以通過(guò)RS-232總線(xiàn)和本地監控電腦組成局域網(wǎng)絡(luò )，還可運用調制解調技術(shù)通過(guò)電話(huà)線(xiàn)呼喚遠地主控個(gè)人電腦(PC)實(shí)現遠間隔數據交換，實(shí)時(shí)響應從個(gè)人電腦發(fā)來(lái)的指令。集散控制器本身另有地址編碼，用于網(wǎng)絡(luò )的級聯(lián)拓展。

　　5.2.4 個(gè)人電腦(PC)：個(gè)人電腦主動(dòng)設備，負責對空調運行的狀態(tài)進(jìn)行數據采集、分析、存儲、制表和打印，同時(shí)根據用戶(hù)的設定實(shí)時(shí)或定時(shí)進(jìn)行空調地址編碼的識別和控制。

　　5.2.5 調制解調器(MODEM)：用于遠程監測場(chǎng)合，實(shí)現遠地監控計算機撥號上網(wǎng)，和集散控制器進(jìn)行聯(lián)絡(luò )。

　　5.3 軟件組成及設計方法

　　5.3.1 空調控制軟件及通訊軟件：空調控制MCU采用內置UART口的芯片，以進(jìn)步異步通訊速率。軟件設計流程見(jiàn)圖4。

　　5.3.2 集散控制器軟件：采用內置UART口的MCU，通過(guò)MAX487和空調網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)采用調制解調技術(shù)，通過(guò)調制解調芯片和電話(huà)網(wǎng)絡(luò )(互連網(wǎng)絡(luò ))聯(lián)網(wǎng)。軟件設計流程見(jiàn)圖5。

　　5.3.3 本地(遠地)PC電腦監控軟件：本地(遠地)PC電腦的網(wǎng)絡(luò )空調監控軟件是用VC6.0開(kāi)發(fā)的，在Windows95/98 或Windows-NT平臺上的交互式視窗應用程序。這是由于用VC6.0開(kāi)發(fā)的軟件運行速度快、數據處理能力強和操縱界面友好的原因。軟件設計流程見(jiàn)圖6。

　　5.4 傳輸協(xié)議

　　5.4.1 數據格式

　　采用異步串行通訊，格式為：1個(gè)起始位、8個(gè)數據位、1個(gè)停止位，如圖7。波特率可選，默以為9600。

　　5.4.2 通訊協(xié)議

　　5.4.2.1 由于485總線(xiàn)是異步半雙工的通訊總線(xiàn)，在某一個(gè)時(shí)刻，總線(xiàn)只可能呈現一種狀態(tài)，所以系統采用主從應答的方式，平時(shí)空調機處于待命狀態(tài)，由PC 電腦同一協(xié)調總線(xiàn)的分時(shí)共用。

　　5.4.2.2 系統采用的是數據包通訊方式，通訊數據是成幀成包發(fā)送的，每包數據都有引導碼、長(cháng)度碼、地址碼、命令碼、內容、校驗碼等部分組成。其中引導碼是用于同步每一包數據的引導頭;長(cháng)度碼是這一包數據的總長(cháng)度;命令碼是主機對空調(或空調應答主機)的控制命令;地址碼是空調的本機地址號;“內容”是這一包數據里的各種信息;校驗碼是這一包數據的校驗標志，可以采用奇偶校驗、和校驗等不同的方式。

　　5.4.2.3 在487芯片的通訊中，尤其要留意對487控制端DE的軟件編程。為了可靠的工作，在485總線(xiàn)狀態(tài)切換時(shí)需要做適當延時(shí)，再進(jìn)行數據的收發(fā)。具體的做法是在數據發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“1”，延時(shí)0.3ms左右的時(shí)間，再發(fā)送有效的數據，一包數據發(fā)送結束后再延時(shí)0.3ms后，將控制端置“0”。這樣的處理會(huì )使總線(xiàn)在狀態(tài)切換時(shí)，有一個(gè)穩定的工作過(guò)程。

　　6、結束語(yǔ)

　　在家電市場(chǎng)競爭日趨激烈的今天，由于頻繁出現的價(jià)格戰，家電企業(yè)盈利的能力大幅下降，一些企業(yè)出現了虧損。市場(chǎng)經(jīng)驗證實(shí)，沒(méi)有融合高新技術(shù)的新產(chǎn)品，相對飽和的家電市場(chǎng)是很難得到激活的。因此，家電網(wǎng)絡(luò )化是時(shí)代的必然 呼喚。

　　本網(wǎng)絡(luò )方案經(jīng)過(guò)在廣州華凌空調設備有限公司廠(chǎng)區和一些外單位的實(shí)際運行，證實(shí)運行良好、安全可靠、能實(shí)現全天候實(shí)時(shí)本地或遠程監控，具有良好的應用遠景。