基于RS-485現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)空調(diào)系統(tǒng)

1、引言

    20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，信息越來(lái)越普遍貫穿于我們?nèi)粘５纳钪?，它正悄悄的改變我們的生活方式，信息家電也由此?yīng)運(yùn)而生。作為傳統(tǒng)家電的空調(diào)器向智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向進(jìn)化，實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)字化，正是大勢(shì)所趨。借助互連網(wǎng)絡(luò)、電話網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)局域網(wǎng)，運(yùn)用先進(jìn)的通訊技術(shù)，可以將某一地域內(nèi)的空調(diào)器組成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)行本地或異地集中控制和監(jiān)測(cè)、進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、故障診斷、故障排除、售后維護(hù)等功能。本文將介紹廣州華凌空調(diào)設(shè)備有限公司開發(fā)的基于RS-485現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)空調(diào)系統(tǒng)。

2、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 具有單機(jī)工作模式空調(diào)機(jī)的所有制冷、制熱、除濕、除霜等功能，能進(jìn)行本地操作。

2.2 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)操作和工作模式設(shè)定。

2.3 在一些設(shè)備機(jī)房實(shí)現(xiàn)全天候多機(jī)自動(dòng)互補(bǔ)輪流工作。

2.4 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)工作狀態(tài)查詢和監(jiān)測(cè)。

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

3、空調(diào)網(wǎng)絡(luò)總線

    數(shù)據(jù)信號(hào)的可靠準(zhǔn)確傳輸在網(wǎng)絡(luò)中是至關(guān)重要的，本空調(diào)網(wǎng)絡(luò)的總線采用采

用RS-485總線作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)半雙工異步通信。這是由于一方面，RS-485標(biāo)準(zhǔn)作為一種多點(diǎn)、差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范現(xiàn)已成為業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一。這種通信接口允許在簡(jiǎn)單的一對(duì)雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)、雙向通信，每一個(gè)終端只需通過(guò)接口掛在總線上，可以實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)總線結(jié)構(gòu)。它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長(zhǎng)度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法比擬的。另一方面，RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。以下是RS-485接口的主要特點(diǎn)：

l          平衡傳輸

l          多點(diǎn)通信

l          驅(qū)動(dòng)器輸出電壓（帶載）：≥|1.5V|

l          接收器輸入門限：±200mV

l          -7V至+12V總線共模范圍

l          最大輸入電流：1.0mA/-0.8mA（12Vin/-7Vin）

l          最大總線負(fù)載：32個(gè)單位負(fù)載（UL）

l          最大傳輸速率：10Mbps

l          最大電纜長(zhǎng)度：4000英尺

4、網(wǎng)絡(luò)配置

    RS-485總線不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)，如果采用如圖1中a、b、c的不正確連接方式，盡管在某些情況下（如距離短、速率低、干擾小等）仍然可以正常工作，但隨著通信距離的延長(zhǎng)或通信速率的提高，其不良影響會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，甚至發(fā)生通信故障，主要原因是信號(hào)在各支路末端反射后與原信號(hào)疊加，造成信號(hào)質(zhì)量下降。

    為此，最好采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用一條單一、連續(xù)的信號(hào)通道總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái)，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)的影響最低。如圖1中d、e、f的連接方式。

    另外，RS-485標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有規(guī)定有關(guān)總線上允許連接的收發(fā)器數(shù)量，但規(guī)定了最大總線負(fù)載為32個(gè)單位負(fù)載（UL）。每單位負(fù)載的最大輸入電流為1.0mA/-0.8mA，相當(dāng)于約12kΩ。為了擴(kuò)展總線節(jié)點(diǎn)數(shù)，方案中選用輸入電阻達(dá)到48kΩ以上（1/4UL）的MAX487器件，節(jié)點(diǎn)數(shù)就可增加至128個(gè)。

    MAX487 的典型應(yīng)用如圖2所示。

5、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)系統(tǒng)的組成

5.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用框圖

    圖3是網(wǎng)絡(luò)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用框圖。整個(gè)系統(tǒng)由硬件、軟件和傳輸協(xié)議三大部分組成。

5.2 硬件設(shè)備組成及作用

5.2.1 空調(diào)機(jī)控制板（包括MAX487芯片）：用于實(shí)現(xiàn)空調(diào)的自動(dòng)化、智能化、節(jié)能化控制，并且通過(guò)MAX487接收網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)和發(fā)送信號(hào)到網(wǎng)絡(luò)上，每個(gè)設(shè)備都具有獨(dú)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(hào)進(jìn)行傳輸?shù)奈锢礞溌贰?/P>

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(diào)網(wǎng)絡(luò)的接入設(shè)備，其作用相當(dāng)于一臺(tái)網(wǎng)關(guān)，它可以對(duì)各臺(tái)空調(diào)器進(jìn)行訪問(wèn)，進(jìn)行運(yùn)行控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)；集散控制器可以通過(guò)RS-232總線和本地監(jiān)控電腦組成局域網(wǎng)絡(luò)，還可運(yùn)用調(diào)制解調(diào)技術(shù)通過(guò)電話線呼喚遠(yuǎn)地主控個(gè)人電腦（PC）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)交換，實(shí)時(shí)響應(yīng)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(jí)聯(lián)拓展。

5.2.4 個(gè)人電腦(PC)：個(gè)人電腦主動(dòng)設(shè)備，負(fù)責(zé)對(duì)空調(diào)運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)、制表和打印，同時(shí)根據(jù)用戶的設(shè)定實(shí)時(shí)或定時(shí)進(jìn)行空調(diào)地址編碼的識(shí)別和控制。

5.2.5 調(diào)制解調(diào)器(MODEM)：用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)地監(jiān)控計(jì)算機(jī)撥號(hào)上網(wǎng)，和集散控制器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。

5.3 軟件組成及設(shè)計(jì)方法

5.3.1 空調(diào)控制軟件及通信軟件：空調(diào)控制MCU采用內(nèi)置UART口的芯片，以提高異步通信速率。軟件設(shè)計(jì)流程見圖4。

5.3.2 集散控制器軟件：采用內(nèi)置UART口的MCU，通過(guò)MAX487和空調(diào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)，通過(guò)調(diào)制解調(diào)芯片和電話網(wǎng)絡(luò)（互連網(wǎng)絡(luò)）聯(lián)網(wǎng)。軟件設(shè)計(jì)流程見圖5。

5.3.3 本地（遠(yuǎn)地）PC電腦監(jiān)控軟件：本地（遠(yuǎn)地）PC電腦的網(wǎng)絡(luò)空調(diào)監(jiān)控軟件是用VC6.0開發(fā)的，在Windows95/98 或Windows-NT平臺(tái)上的交互式視窗應(yīng)用程序。這是因?yàn)橛肰C6.0開發(fā)的軟件運(yùn)行速度快、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)和操作界面友好的原因。軟件設(shè)計(jì)流程見圖6。

5.4 傳輸協(xié)議

5.4.1 數(shù)據(jù)格式

    采用異步串行通信，格式為：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位，如圖7。波特率可選，默認(rèn)為9600。

5.4.2 通信協(xié)議

5.4.2.1  由于485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個(gè)時(shí)刻，總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以系統(tǒng)采用主從應(yīng)答的方式，平時(shí)空調(diào)機(jī)處于待命狀態(tài)，由PC 電腦統(tǒng)一協(xié)調(diào)總線的分時(shí)共用。

5.4.2.2  系統(tǒng)采用的是數(shù)據(jù)包通信方式，通信數(shù)據(jù)是成幀成包發(fā)送的，每包數(shù)據(jù)都有引導(dǎo)碼、長(zhǎng)度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗(yàn)碼等部分組成。其中引導(dǎo)碼是用于同步每一包數(shù)據(jù)的引導(dǎo)頭；長(zhǎng)度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)度；命令碼是主機(jī)對(duì)空調(diào)（或空調(diào)應(yīng)答主機(jī)）的控制命令；地址碼是空調(diào)的本機(jī)地址號(hào)；“內(nèi)容”是這一包數(shù)據(jù)里的各種信息；校驗(yàn)碼是這一包數(shù)據(jù)的校驗(yàn)標(biāo)志，可以采用奇偶校驗(yàn)、和校驗(yàn)等不同的方式。

5.4.2.3  在487芯片的通信中，尤其要注意對(duì)487控制端DE的軟件編程。為了可靠的工作，在485總線狀態(tài)切換時(shí)需要做適當(dāng)延時(shí)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體的做法是在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，一包數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后再延時(shí)0.3ms后，將控制端置“0”。這樣的處理會(huì)使總線在狀態(tài)切換時(shí)，有一個(gè)穩(wěn)定的工作過(guò)程。

6、結(jié)束語(yǔ)

    在家電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，由于頻繁出現(xiàn)的價(jià)格戰(zhàn)，家電企業(yè)盈利的能力大幅下降，一些企業(yè)出現(xiàn)了虧損。市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)證明，沒(méi)有融合高新技術(shù)的新產(chǎn)品，相對(duì)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(diào)設(shè)備有限公司廠區(qū)和一些外單位的實(shí)際運(yùn)行，證明運(yùn)行良好、安全可靠、能實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)本地或遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有良好的應(yīng)用前景。