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

1、引言
　　20世紀(jì)90年代以來，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)的長足進步，信息越來越普遍貫穿于我們?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)化的方向進化，實現(xiàn)全面的數(shù)字化，正是大勢所趨。借助互連網(wǎng)絡(luò)、電話網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)局域網(wǎng)，運用先進的通訊技術(shù)，可以將某一地域內(nèi)的空調(diào)器組成網(wǎng)絡(luò)，實行本地或異地集中控制和監(jiān)測、進行數(shù)據(jù)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(diào)設(shè)備有限公司開發(fā)的基于RS-485現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)空調(diào)系統(tǒng)。

2、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)的優(yōu)點

　　2.1 具有單機工作模式空調(diào)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(xiàn)遠程開關(guān)機操作和工作模式設(shè)定。

　　2.3 在一些設(shè)備機房實現(xiàn)全天候多機自動互補輪流工作。

　　2.4 實現(xiàn)遠程實時工作狀態(tài)查詢和監(jiān)測。

　　2.5 可以自動將故障信息反饋至監(jiān)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(diào)網(wǎng)絡(luò)總線

　　數(shù)據(jù)信號的可靠準(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、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(xiàn)真正的多點總線結(jié)構(gòu)。它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無法比擬的。另一方面，RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對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：

　　l平衡傳輸

　　l多點通信

　　l驅(qū)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(fù)載：32個單位負(fù)載（UL）

　　l最大傳輸速率：10Mbps

　　l最大電纜長度：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或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴(yán)重，甚至發(fā)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(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)的信號通道總線將各個節(jié)點串接起來，從總線到每個節(jié)點的引出線長度應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)并沒有規(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。為了擴展總線節(jié)點數(shù)，方案中選用輸入電阻達到48kΩ以上（1/4UL）的MAX487器件，節(jié)點數(shù)就可增加至128個。

　　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)機控制板（包括MAX487芯片）：用于實現(xiàn)空調(diào)的自動化、智能化、節(jié)能化控制，并且通過MAX487接收網(wǎng)絡(luò)上的信號和發(fā)送信號到網(wǎng)絡(luò)上，每個設(shè)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)于一臺網(wǎng)關(guān)，它可以對各臺空調(diào)器進行訪問，進行運行控制和狀態(tài)監(jiān)測；集散控制器可以通過RS-232總線和本地監(jiān)控電腦組成局域網(wǎng)絡(luò)，還可運用調(diào)制解調(diào)技術(shù)通過電話線呼喚遠地主控個人電腦（PC）實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)交換，實時響應(yīng)從個人電腦發(fā)來的指令。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 個人電腦(PC)：個人電腦主動設(shè)備，負(fù)責(zé)對空調(diào)運行的狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲、制表和打印，同時根據(jù)用戶的設(shè)定實時或定時進行空調(diào)地址編碼的識別和控制。

　　5.2.5 調(diào)制解調(diào)器(MODEM)：用于遠程監(jiān)測場合，實現(xiàn)遠地監(jiān)控計算機撥號上網(wǎng)，和集散控制器進行聯(lián)絡(luò)。

5.3 軟件組成及設(shè)計方法

　　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MAX487和空調(diào)網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)網(wǎng)，同時采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)，通過調(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)計流程見圖5。

　　5.3.3 本地（遠地）PC電腦監(jiān)控軟件：本地（遠地）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平臺上的交互式視窗應(yīng)用程序。這是因為用VC6.0開發(fā)的軟件運行速度快、數(shù)據(jù)處理能力強和操作界面友好的原因。軟件設(shè)計流程見圖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個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位，如圖7。波特率可選，默認(rèn)為9600。

5.4.2 通信協(xié)議

　　 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(xiàn)一種狀態(tài)，所以系統(tǒng)采用主從應(yīng)答的方式，平時空調(diào)機處于待命狀態(tài)，由PC 電腦統(tǒng)一協(xié)調(diào)總線的分

時共用。

　　 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、長度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗碼等部分組成。其中引導(dǎo)碼是用于同步每一包數(shù)據(jù)的引導(dǎo)頭；長度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長度；命令碼是主機對空調(diào)（或空調(diào)應(yīng)答主機）的控制命令；地址碼是空調(diào)的本機地址號；“內(nèi)容”是這一包數(shù)據(jù)里的各種信息；校驗碼是這一包數(shù)據(jù)的校驗標(biāo)志，可以采用奇偶校驗、和校驗等不同的方式。

　　 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(tài)切換時需要做適當(dāng)延時，再進行數(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0.3ms左右的時間，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0.3ms后，將控制端置“0”。這樣的處理會使總線在狀態(tài)切換時，有一個穩(wěn)定的工作過程。

6、結(jié)束語

　　在家電市場競爭日趨激烈的今天，由于頻繁出現(xiàn)的價格戰(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。市場經(jīng)驗證明，沒有融合高新技術(shù)的新產(chǎn)品，相對飽和的家電市場是很難得到激活的。因此，家電網(wǎng)絡(luò)化是時代的必然 呼喚。

　　本網(wǎng)絡(luò)方案經(jīng)過在廣州華凌空調(diào)設(shè)備有限公司廠區(qū)和一些外單位的實際運行，證明運行良好、安全可靠、能實現(xiàn)全天候?qū)崟r本地或遠程監(jiān)控，具有良好的應(yīng)用前景。

（轉(zhuǎn)載）