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1、引言 20世紀90年代以來，隨著信息技術的迅速發展，特別是互連網絡技術的長足進步，信息越來越普遍貫穿于我們日常的生活中，它正悄悄的改變我們的生活方式，信息家電也由此應運而生。作為傳統家電的空調器向智能化、數字化、網絡化的方向進化，實現全面的數字化，正是大勢所趨。借助互連網絡、電話網絡和工業局域網，運用先進的通訊技術，可以將某一地域內的空調器組成網絡，實行本地或異地集中控制和監測、進行數據采集、故障診斷、故障排除、售后維護等功能。本文將介紹廣州華凌空調設備有限公司開發的基于RS-485現場總線的網絡空調系統。 2、網絡空調的優點 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，能進行本地操作。 2.2 實現遠程開關機操作和工作模式設定。 2.3 在一些設備機房實現全天候多機自動互補輪流工作。 2.4 實現遠程實時工作狀態查詢和監測。 2.5 可以自動將故障信息反饋至監控中心（維修中心），并且進行快速遠地故障診斷和故障排除。 3、空調網絡總線 數據信號的可靠準確傳輸在網絡中是至關重要的，本空調網絡的總線采用采用RS-485總線作為數據傳輸鏈路，實現半雙工異步通信。這是由于一方面，RS-485標準作為一種多點、差分數據傳輸的電氣規范現已成為業界應用最為廣泛的標準通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點、雙向通信，每一個終端只需通過接口掛在總線上，可以實現真正的多點總線結構。它所具有的噪聲抑制能力、數據傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的。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、電纜或協議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。以下是RS-485接口的主要特點： l 平衡傳輸 l 多點通信 l 驅動器輸出電壓（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 最大總線負載：32個單位負載（UL） l 最大傳輸速率：10Mbps l 最大電纜長度：4000英尺 4、網絡配置 RS-485總線不支持環形或星型網絡，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或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴重，甚至發生通信故障，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，造成信號質量下降。 為此，最好采用終端匹配的總線型結構拓撲結構，用一條單一、連續的信號通道總線將各個節點串接起來，從總線到每個節點的引出線長度應盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。如圖1中d、e、f的連接方式。 另外，RS-485標準并沒有規定有關總線上允許連接的收發器數量，但規定了最大總線負載為32個單位負載（UL）。每單位負載的最大輸入電流為1.0mA/-0.8mA，相當于約12kΩ。為了擴展總線節點數，方案中選用輸入電阻達到48kΩ以上（1/4UL）的MAX487器件，節點數就可增加至128個。 MAX487 的典型應用如圖2所示。 5、網絡空調系統的組成 5.1 網絡系統應用框圖 圖3是網絡空調系統應用框圖。整個系統由硬件、軟件和傳輸協議三大部分組成。 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）：用于實現空調的自動化、智能化、節能化控制，并且通過MAX487接收網絡上的信號和發送信號到網絡上，每個設備都具有獨立唯一的地址編碼。 5.2.2 網絡電纜和接插件：提供網絡信號進行傳輸的物理鏈路。 5.2.3 集散控制器：集散控制器是網絡的核心部件，是空調網絡的接入設備，其作用相當于一臺網關，它可以對各臺空調器進行訪問，進行運行控制和狀態監測；集散控制器可以通過RS-232總線和本地監控電腦組成局域網絡，還可運用調制解調技術通過電話線呼喚遠地主控個人電腦（PC）實現遠距離數據交換，實時響應從個人電腦發來的指令。集散控制器本身另有地址編碼，用于網絡的級聯拓展。 5.2.4 個人電腦(PC)：個人電腦主動設備，負責對空調運行的狀態進行數據采集、分析、存儲、制表和打印，同時根據用戶的設定實時或定時進行空調地址編碼的識別和控制。 5.2.5 調制解調器(MODEM)：用于遠程監測場合，實現遠地監控計算機撥號上網，和集散控制器進行聯絡。 5.3 軟件組成及設計方法 5.3.1 空調控制軟件及通信軟件：空調控制MCU采用內置UART口的芯片，以提高異步通信速率。軟件設計流程見圖4。 5.3.2 集散控制器軟件：采用內置UART口的MCU，通過MAX487和空調網絡進行聯網，同時采用調制解調技術，通過調制解調芯片和電話網絡（互連網絡）聯網。軟件設計流程見圖5。 5.3.3 本地（遠地）PC電腦監控軟件：本地（遠地）PC電腦的網絡空調監控軟件是用VC6.0開發的，在Windows95/98 或Windows-NT平臺上的交互式視窗應用程序。這是因為用VC6.0開發的軟件運行速度快、數據處理能力強和操作界面友好的原因。軟件設計流程見圖6。 5.4 傳輸協議 5.4.1 數據格式 采用異步串行通信，格式為：1個起始位、8個數據位、1個停止位，如圖7。波特率可選，默認為9600。 5.4.2 通信協議 5.4.2.1 由于485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個時刻，總線只可能呈現一種狀態，所以系統采用主從應答的方式，平時空調機處于待命狀態，由PC 電腦統一協調總線的分時共用。 5.4.2.2 系統采用的是數據包通信方式，通信數據是成幀成包發送的，每包數據都有引導碼、長度碼、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；長度碼是這一包數據的總長度；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芯片的通信中，尤其要注意對487控制端DE的軟件編程。為了可靠的工作，在485總線狀態切換時需要做適當延時，再進行數據的收發。具體的做法是在數據發送狀態下，先將控制端置“1”，延時0.3ms左右的時間，再發送有效的數據，一包數據發送結束后再延時0.3ms后，將控制端置“0”。這樣的處理會使總線在狀態切換時，有一個穩定的工作過程。 6、結束語 在家電市場競爭日趨激烈的今天，由于頻繁出現的價格戰，家電企業盈利的能力大幅下降，一些企業出現了虧損。市場經驗證明，沒有融合高新技術的新產品，相對飽和的家電市場是很難得到激活的。因此，家電網絡化是時代的必然 呼喚。 本網絡方案經過在廣州華凌空調設備有限公司廠區和一些外單位的實際運行，證明運行良好、安全可靠、能實現全天候實時本地或遠程監控，具有良好的應用前景。 |
