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智能建筑现场控制器的设计

公共建筑物的内部有大量的电气设备，如空调设备、给排水设备、照明设备等，这些设备多而散：多，

即数量多；散，即这些设备分散在各个层次和角落。建筑智能化是通过安装于现场设备附近的现场控制

器对建筑内众多电气设备进行自动控制、监视、测量，实现综合协调、运行管理和维护保养工作，提高

整个建筑内部设备运行的效率，减少能源消耗，同时使管理者随时掌握设备状态运行情况、能量消耗情

况及各种参数变化情况［1］。智能建筑现场控制器为建筑物所有电气设备提供安全、可靠、节能、长

效运行的保证，直接决定了整个建筑智能化的水平，因此设计一款具有功能可靠，通用性好，组网方

便，传输速率高的智能建筑现场控制器有着重要的实际意义。

1智能建筑现场控制器的设计方案

智能建筑现场控制器是是安装于监控对象附近的小型专用控制设备，本文采用意法半导体推出的32位

Cortex－M3结构的芯片STM32F107VCT6作为主控芯片，设计了智能建筑现场控制器，设计方案图如图

1所示，设计了通过按键和液晶显示进行功能参数设定，并由数据存储电路保存设置的参数；设计了通

过模拟／数字输入输出接口和RS485总线接口对现场普通I／O仪表和智能仪表的信号互连，完成信息

数据的采集、传输、转换和设置，可针对现场设备的控制要求实现如PID算法，完成对现场设备的监测

与调控功能；设计了可与远程监控PC机及其他现场控制器及以太网设备进行以太网数据通信，实现远

程监控和系统组网。

2现场控制器与仪表接口电路的设计

由于智能建筑现场使用的仪表可分为普通I／O仪表和RS485智能仪表两种，现场控制器与现场仪表的

信号接口电路也分为适用于普通I／O仪表的数字／模拟输入输出接口电路和适用于RS485智能仪表的

RS485总线接口电路两类。本智能建筑现场控制器设计的模拟量输入接口（AI）电路，由于普通I／O

检测仪表一般输出的模拟信号为0～10V模拟电压信号或者为4～20mA模拟电流信号，因此设计的模拟

量输入接口（AI）电路分别可以接入0～10V模拟电压信号和4～20mA模拟电流信号，经过电阻分压、

稳压二极管箝位和运放跟随之后均变为0～2V的电压信号输入到STM32主控芯片的AD引脚采集。本控

制器设计的数字量输入接口（DI）电路，采用无源接点，外部输入开关量信号通过TLP781光耦进行隔

离保护后接入STM32芯片I／O输入引脚。本控制器设计的模拟量输出接口（AO）电路，如图2和图3

所示，采用STM32芯片的两路DA输出引脚分别产生0～2V电压信号，后经运算放大电路产生具有较大

电流驱动能力的0～10V电压信号输出，如图2所示，并可产生4～20mA电流信号输出，如图3所示。

本控制器设计的数字量输出接口（DO）电路，如图4所示，由STM32芯片的I／O输出引脚输出开关量

信号经光耦隔离后，通过三极管驱动继电器产生无源接点数字量输出。本控制器设计的RS485智能仪表

的RS485接口电路如图5所示，STM32的USART的Rx、Tx引脚连接到MAX485的RO、DI以进行RS485

的数据收发；STM32的I／O口DIR与MAX485的接收使能端RE、发送使能端DE相连，对RS485半双工

总线的通信方向进行统一控制；而MAX485的差分信号端A、B则通过插座与RS485智能数字仪表相连，

同时为保证通信质量，消除总线上的信号反射，需在RS485网络终端的差分总线间串联120Ω的电阻。

3现场控制器与以太网通信接口电路的设计

STM32F107芯片的内部集成了以太网媒体接入控制器（MAC），MAC实现网络的数据链路层，数据链路层

向网络提供标准的数据通信接口，提供构建数据帧、检查数据差错、传递控制等功能，物理层则负责与

通讯相关的电信号部分，向数据链路层提供标准的通信接口，提供时钟信号、数据编码、线路状态以及

相关的硬件电路等，物理层控制器是与外部信号接口的芯片。STM32F107并未集成物理层控制器，因此

需要外接物理层控制器，本设计采用美国National公司的10／100M以太网物理层收发芯片DP83848

和HR911105A接口设计以太网通信接口电路，相关原理图如图6所示。

4现场控制器软件的设计

本现场控制器移植了μC／OS－Ⅱ操作系统，实现了Mod-Bus协议和TCP／IP协议，实现了