CN104869702A - 一种环境调节系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种环境调节系统和方法，所述系统包括控制中心模块以及分别与控制中心模块电连接的回路卡模块和传感探测模块，在环境调节设备端增加一个简单的终端控制模块，回路卡模块和终端控制模块通过二总线连接，无需使用昂贵的专用芯片，大大降低了安装、使用、设备调试、维护的各项成本，且布线简单；环境调节设备可以包括多种设备，能够集成遮阳、照明、调温等环境调节功能，系统集成度高，综合成本低；所述系统还能够根据传感探测模块获取的环境信息智能的对当前环境进行调节，保持最佳的环境，实现了最大程度的节能减排。本发明环境调节方法基于上述系统，所述系统和方法结合实现了简单、智能、有效、低成本的环境调节。

Description

一种环境调节系统和方法

技术领域

本发明涉及建筑自动控制领域，更具体地，涉及一种环境调节系统和方法。

背景技术

在建筑自动控制领域，遮阳控制网络系统能够实现室外遮阳板或者室内窗帘自动调光的功能。照明控制网络系统能够实现室外景观照明控制或者室内装饰照明自动调节的功能。现有的遮阳及照明控制系统在通信网络与供电线路结构上一般分为两类：

第一类是采用通信总线与电源线分离的网络系统。一般通信总线控制采用各类工业控制总线，如常见的485总线，CAN总线，LONWORKS 总线，BACNET总线等，这些总线式网络控制系统共同的特点是：采用专用的通信线路实现各终端设备的连接，实现数据通讯；各终端设备通过另外的电源线供电。其缺点是，需要两套独立的布线系统，导致原因是数据通信速率、电压要求与电源供电是不同的，从而线材材质、布线规范等要求都不同。两套线路分别独立连接在设备不同的端口上，网络布线施工要求高，安装、维护成本都较高，如果采用点到点的星型网络结构，需要更多的布线材料和施工成本，网络维护管理要求也会更高。

第二类是采用电力线载波通讯方式，直接将数据信号通过专用调制解调芯片，使数据与电源供电共用线路。该网络系统节省了通信线路的敷设，但是其缺点是调制载波技术要求高，每个设备都要求有专用的调制解调芯片，并且由于信号与电源共线，数据通信与电源供电的频率、电压相差很大，数据信号与电源直接影响干扰、污染，抗干扰技术要求复杂，设备成本高，技术维护复杂；数据信号对电源网络有污染，造成电压不稳等。

一般室外遮阳板和室内窗帘控制是分开的两套系统，基本不能兼容。同时该系统不能控制灯光照明系统。对于灯光照明控制系统，一般室外景观照明控制，室内灯光控制也是分开独立的系统。这些控制各自采用独立的设备，实现对不同终端，不同功能要求的照明系统进行控制。各系统设备复杂，安装调试，操作都各自线路、人员等，成本较高，日后维护也需要多系统配合，是非常繁杂的控制系统。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是克服上述现有技术的系统复杂、成本高、布线复杂的缺陷提供一种系统简单、成本低、布线简单的环境调节系统。

本发明的进一步目的是提供一种系统简单、成本低、布线简单的环境调节系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种环境调节系统，所述系统包括控制中心模块以及分别与控制中心模块电连接的回路卡模块和传感探测模块，所述回路卡模块的数目为一个或多个，每个回路卡模块通过二总线连接有一个或多个终端控制模块，终端控制模块与环境调节设备电连接。

相对于两根供电线路、两根通讯线路的四线系统，二总线将供电线与信号线合二为一，实现了信号和供电共用一个总线的技术。

在一种优选的方案中，所述回路卡模块包括发码模块和收码模块，发码模块和收码模块分别与回路卡模块的主控芯片电连接，发码模块用于通过二总线向终端控制模块发送终端地址和指令信息，收码模块用于通过二总线接收终端控制模块发送的状态信息。实现数据的接收和发送。

在一种优选的方案中，所述二总线空闲时，即没有数据传输的时，二总线间电压为工作电压，现场节点可以利用这个电压给自身供电；

当发码模块发码或收码模块收码时，即有数据传输的时，二总线间电压分别用A和B分别表示0和1进行数据传输，A≥0V，B≥0V，每两位数据之间插入一个工作电压，每两位数据之间的工作电压持续300μs-600μs。

在一种优选的方案中，所述工作电压为24V， A=0V，B=5V。24V工作电压持续300μs-600μs保证环境调节设备的正常工作，0V和5V的电压实现数据的传输。

在一种优选的方案中，所述环境调节设备为照明设备、遮阳设备或调温设备。实现多种环境因素的调节。

在一种优选的方案中，所述系统还包括人机交互模块，人机交互模块与控制中心模块电连接，所述人机交互模块包括正常待机控制界面和监控待机界面，所述正常待机控制界面和监控待机界面分别包括一级或多级子菜单。多级子菜单方便了用户的操作和监控。

在一种优选的方案中，所述传感探测模块为温度传感器、湿度传感器、光强度传感器、风力传感器、风向传感器或气压传感器中的一种或多种。实现多种环境信息的获取。

在一种优选的方案中，所述控制中心模块、回路卡模块和终端控制模块采用Cotex系列嵌入式控制芯片。

一种环境调节方法，所述方法上述的系统，所述方法包括以下步骤：

S1：控制中心模块通过传感探测模块采集当前环境信息；

S2：控制中心模块根据当前环境信息控制回路卡模块通过二总线向终端控制模块发送终端地址和指令信息；

S3：终端地址对应的终端控制模块根据指令信息控制与其电连接的环境调节设备；

S4：终端控制模块通过二总线反馈设备状态信息到回路卡模块，回路卡模块将设备状态信息发送给控制中心模块。

在一种优选的方案中，二总线间电压分别用A和B分别表示0和1进行数据传输，A≥0V，B≥0V，每两位数据之间插入一个工作电压。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明环境调节系统包括控制中心模块以及分别与控制中心模块电连接的回路卡模块和传感探测模块，所述回路卡模块通过二总线连接有一个或多个终端控制模块，终端控制模块与环境调节设备电连接。在环境调节设备端增加一个简单的终端控制模块，无需使用昂贵的专用芯片，大大降低了安装、使用、设备调试、维护的各项成本，且布线简单；环境调节设备可以包括多种设备，集成了遮阳、照明、调温等环境调节功能，系统集成度高，综合成本低；所述系统还包括传感探测模块，能够根据传感探测模块获取的环境信息智能的对当前环境进行调节，保持最佳的环境，实现了最大程度的节能减排。

本发明环境调节方法基于上述系统，所述系统和方法结合实现了简单、智能、有效、低成本的环境调节。

附图说明

图1为本发明环境调节系统的示意图。

图2为发码模块的电路原理图。

图3为收码模块的电路原理图。

图4为二总线上的电压示意图。

图5为人机交互模块的菜单界面结构图。

图6为终端地址和指令信息发送的流程图。

图7为回路卡模块接收设备状态信息的流程图。

图8为控制中心模块巡检各个节点的流程图。

其中：1、控制中心模块；2、回路卡模块；3、传感探测模块；4、终端控制模块；5、照明设备；6、遮阳设备；7、调温设备；8、人机交互模块。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种环境调节系统，如图1所示，所述系统包括控制中心模块1以及分别与控制中心模块1电连接的回路卡模块2和传感探测模块3，所述回路卡模块2的数目为一个或多个，每个回路卡模块2通过二总线连接有一个或多个终端控制模块4，终端控制模块4与环境调节设备电连接。

相对于两根供电线路、两根通讯线路的四线系统，二总线将供电线与信号线合二为一，实现了信号和供电共用一个总线的技术。

在具体实施过程中，所述环境调节设备为照明设备5、遮阳设备6或调温设备7，本实施例中，1个回路卡模块2与3个终端控制模块4通过二总线连接，3个终端控制模块4分别与照明设备5、遮阳设备6和调温设备7电连接。

在具体实施过程中，所述回路卡模块2包括发码模块和收码模块，发码模块和收码模块分别与回路卡模块2的主控芯片电连接，发码模块用于通过二总线向终端控制模块4发送终端地址和指令信息，收码模块用于通过二总线接收终端控制模块4 发送的状态信息。实现数据的接收和发送。

图2为发码模块的电路原理图，发码模块的电路包括连接头BUS5V、连接头BUS0V、电阻、二极管、三极管和稳压器，BUS5V和BUS0V分别连接回路卡模块2的主控芯片控制端，是发码模块电路的输入端，ZX+1端为输出端。HEADER3表示是第3号连接头，其与主控芯片管脚相连。总线由三极管1V8驱动，IV8的集电极连接+24V电源，发射极经过一个电阻IR19后连接ZX+1，1V9是总线过流保护三极管。总线异常而导致总线上的电流过大的时候，1V9导通拉低1V8的V_BE，保护总线。

当BUS5V=0，BUS0V=1时，三极管1V7截止，1V11导通，点A电压为0，同时点B和点C电压近似为0V，1V8不导通，此时ZX+1的电压为0V，总线电压为0V。主要功耗为电阻1R16和1R17功耗：W=24V^2/(1.5k+510)=287mW。

当BUS5V=1，BUS0V=0时， 1V7导通，1V11截止，由于4.3V稳压管的存在，点A电压为4.3V，同时点B和点C电压都是4.3V加上二极管的导通电压，近似相等，近似为4.3+0.7=5V，C点ZX+1的电压就是此时总线电压为5V。主要功耗还是电阻1R16和1R17功耗：W=(24V-5V)^2/(1.5k+510)=180 mW。

当BUS5V=0，BUS0V=0时，1V7截止，1V11截止，点A电压为24V，同时点B和点C电压相等为24V，C点即ZX+1的电压是此时总线电压24V。主要功耗为总线上的现场节点功耗。

图3为收码模块的电路原理图，收码模块的电路包括连接头BUS5V、连接头BUS0V、电阻、二极管、三极管、稳压器、比较器LM339和与非门74HC132，BUS5V和BUS0V分别连接回路卡模块2的主控芯片控制端，是收码模电路的输入端，ZX+1端接收总线上的回码，BUSACK为输出端，BUSACK与主控制芯片电连接。其中虚线圈起来部分的就是收码模块的电路。当总线回码的时候，要求总线置5V。如果总线不是5V，与非门端没有码元输出。F点电压为：24V-5V+2.5V=21.5V。D点电压就是E点电压。但没有回码时，总线电流很小，D点电压高于23V，当现场节点回码时，总线电流剧增，D点电压下降到18V左右，即E点电压也下降到18V左右，比较器LM339监测出这个电压变化，送给两个与非门之后供给主控芯片采样。同时，利用E点电压急剧下降到低于19V认为是总线短路故障，报给主控芯片。

在具体实施过程中，所述二总线空闲时，即没有数据传输的时，二总线间电压为工作电压，环境调节设备采用工作电压为自身供电；

当发码模块发码或收码模块收码时，即有数据传输的时，二总线间电压分别用0V和5V分别表示0和1进行数据传输，每两位数据之间插入一个24V的工作电压，每两位数据之间的工作电压持续300μs-600μs，当发码模块发码或收码模块收码时二总线上的电压如图4所示。24V工作电压持续300μs-600μs保证环境调节设备的正常工作，0V和5V的电压实现数据的传输。

在具体实施过程中，所述系统还包括人机交互模块8，人机交互模块8与控制中心模块1电连接，所述人机交互模块8包括正常待机控制界面和监控待机界面，本实施例中，所述正常待机控制界面和监控待机界面包括5级菜单，如图5所示，第1级菜单为正常待机控制界面、监控待机界面，第2级菜单为系统编程、登录回路、恢复默认和启动控制模块界面，第3级菜单为地址设置、地址屏蔽、控制方式、登录回路响应和恢复默认响应界面，第4级菜单为地址设置响应、屏蔽、取消屏蔽、手动和联动界面，第5级菜单为手动响应和联动响应界面，菜单显示采用树形拓扑结构，当监控的区域属于正常状态时，显示正常界面，用户使用键盘进行界面切换和操作；当监控的任何区域发生故障时，立刻进入主控监视界面，此时用户只能进入启动控制中心模块的操作界面，而不能进入其它设置界面。多级子菜单方便了用户的操作和监控。

在具体实施过程中，所述传感探测模块为温度传感器、湿度传感器、光强度传感器、风力传感器、风向传感器或气压传感器中的一种或多种。实现多种环境信息的获取。

在具体实施过程中，所述终端控制模块集成与所述环境调节设备上。使系统集成度更高，方便布线。

在具体实施过程中，所述控制中心模块、回路卡模块和终端控制模块采用Cotex系列嵌入式控制芯片。

控制中心模块1采用内核为ARM Cortex? -A8的微处理器，该款处理器体积小，尺寸仅相当于一个48mm*67mm方块的大小，同时集成了丰富的接口，32位数据总线和32位外部地址总线，SROM控制器、SRAM控制器、NAND闪存控制器、64个中断源的中断控制器、5个32位定时器、4个UART、4个DMA控制器、STN与1rI LCD控制器、看门狗、IIS音频接口、IIC—Bus接口、2个USB host口、1个USB device口、2个串行外围接口电路、3个SD卡接口、camera__if接口、TV_out接口、MFC接口、2路SPI接口、Touch Screen接口，其主频可达800MHz，扩展总线最大频率133MHz。本实施例中，控制中心模块1设置有USB接口、RJ45接口，支持CAN总线、MODBUS总线接口，软件设计支持TCP/IP协议，方便实现以太网络连接。

控制中心模块1采用的Linux嵌入式操作系统，Linux是一种自由和开放源码的类Unix操作系统。Linux可安装在各种计算机硬件设备中，从手机、平板电脑、路由器和视频游戏控制台，到台式计算机、大型机和超级计算机，Linux是一个领先的操作系统，具有开放性、多用户、设备独立性、可靠安全、可移植等特性。

回路卡模块2采用内核为ARM Cortex? -A6的微处理器，该款处理器体积小，同时集成了丰富的接口，32位数据总线和32位外部地址总线，是性价比很高的硬件系统。回路卡模块2设置有MODBUS总线接口、CAN总线接口，可以方便其它不同协议总线的产品连接，增加了接口能力，提高了系统的兼容性。

回路卡模块2采用的Linux嵌入式操作系统。回路卡模块2为一个独立的小型系统，适用于终端数量少的场合，这种模块化设计，大大降低了成本，扩展了本系统是应用范围。

终端控制模块4同样采用ARM控制芯片与Linux操作系统设计，本实施例中，终端控制模块4集成于环境调节设备上，其电源通过二总线方式提供，信号也通过该线路传输，减少布线，提高系统稳定性。该模块因为有独立的软件系统，在少数几个设备需要独立控制时，可以不连接成网络，也不需要总线，只需提供电源，不必连接更复杂的中控模块和回路模块，选择连接传感器或者不连接，就能直接实现环境调节设备的控制。这种方式适用于单独的家庭智能化设计，能够成为智能家居的基本模块，安装简单，调试方便。

本发明环境调节系统包括控制中心模块以及分别与控制中心模块1电连接的回路卡模块2和传感探测模块3，所述回路卡模块2通过二总线连接有一个或多个终端控制模块4，终端控制模块4与环境调节设备电连接。在环境调节设备端增加一个简单的终端控制模块4，无需使用昂贵的专用芯片，大大降低了安装、使用、设备调试、维护的各项成本，且布线简单；环境调节设备可以包括多种设备，集成了遮阳、照明、调温等环境调节功能，系统集成度高，综合成本低；所述系统还包括传感探测模块，能够根据传感探测模块获取的环境信息智能的对当前环境进行调节，保持最佳的环境，实现了最大程度的节能减排。

实施例2

一种环境调节方法，所述方法基于实施例1所述的系统，所述方法包括以下步骤：

S1：控制中心模块通过传感探测模块采集当前环境信息；当前环境信息包括温度、湿度、光强度、风力、风向或气压中的一种或多种。

S2：控制中心模块根据当前环境信息控制回路卡模块通过二总线向终端控制模块发送终端地址和指令信息；

图6为终端地址和指令信息发送的流程图，地址和指令信息被封装为13位的数据，二总线间电压分别用0V和5V分别表示0和1进行数据传输，每两位数据之间插入一个24V的工作电压，工作电压持续300μs。

S3：终端地址对应的终端控制模块根据指令信息控制与其电连接的环境调节设备；

S4：终端控制模块通过二总线反馈设备状态信息到回路卡模块，回路卡模块将设备状态信息发送给控制中心模块。

图7为回路卡模块接收设备状态信息的流程图，设备状态信息被封装为5为的数据，回路卡模块依次接收5位回码，回路卡模块收码成功时返回1，回路卡模块收码失败，即无回码或者总线短路时返回0。

在具体实时过程中，如图8所示，控制中心模块周期性巡检各个节点，向各个节点发送巡检命令，本实施例中各个环境调节设备和传感器均视为节点，根据节点的回码确定节点的类型和节点状态并使用状态标记位进行标记，回码为5位数据，第5位表示节点类型，第4位表示节点状态，节点状态包括忙状态和空闲状态。

本发明环境调节方法基于上述系统，所述系统和方法结合实现了简单、智能、有效、低成本的环境调节。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环境调节系统，其特征在于，所述系统包括控制中心模块以及分别与控制中心模块电连接的回路卡模块和传感探测模块，所述回路卡模块的数目为一个或多个，每个回路卡模块通过二总线连接有一个或多个终端控制模块，终端控制模块与环境调节设备电连接。

2.根据权利要求1所述的环境调节系统，其特征在于，所述回路卡模块包括发码模块和收码模块，发码模块和收码模块分别与回路卡模块的主控芯片电连接，发码模块用于通过二总线向终端控制模块发送终端地址和指令信息，收码模块用于通过二总线接收终端控制模块发送的状态信息。

3.根据权利要求2所述的环境调节系统，其特征在于，所述二总线空闲时，二总线间电压为工作电压；当发码模块发码或收码模块收码时，二总线间电压分别用A和B分别表示0和1进行数据传输，A≥0V，B≥0V，每两位数据之间插入一个工作电压，每两位数据之间的工作电压持续300μs-600μs。

4.根据权利要求3所述的环境调节系统，其特征在于，所述工作电压为24V， A=0V，B=5V。

5.根据权利要求1所述的环境调节系统，其特征在于，所述环境调节设备为照明设备、遮阳设备或调温设备。

6.根据权利要求1所述的环境调节系统，其特征在于，所述系统还包括人机交互模块，人机交互模块与控制中心模块电连接，所述人机交互模块包括正常待机控制界面和监控待机界面，所述正常待机控制界面和监控待机界面分别包括一级或多级子菜单。

7.根据权利要求1所述的环境调节系统，其特征在于，所述传感探测模块为温度传感器、湿度传感器、光强度传感器、风力传感器、风向传感器或气压传感器中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的环境调节系统，其特征在于，所述控制中心模块、回路卡模块和终端控制模块采用Cotex系列嵌入式控制芯片。

9.一种环境调节方法，所述方法基于权利要求1所述的系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：控制中心模块通过传感探测模块采集当前环境信息；

S2：控制中心模块根据当前环境信息控制回路卡模块通过二总线向终端控制模块发送终端地址和指令信息；

S3：终端地址对应的终端控制模块根据指令信息控制与其电连接的环境调节设备；

S4：终端控制模块通过二总线反馈设备状态信息到回路卡模块，回路卡模块将设备状态信息发送给控制中心模块。

10.根据权利要求9所述的环境调节方法，其特征在于，二总线间电压分别用A和B分别表示0和1进行数据传输，A≥0V，B≥0V，每两位数据之间插入一个工作电压。