基于嵌入式的BACnet/ZigBee互联网络的设计与实现

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BACnet协议定义了一个开放的楼宇自控系统结构,是唯一的楼宇自控通信协议标准,具有开放性、实用性、且易于与其它网络集成的特点,广泛应用于楼宇自控领域。然而,BACnet作为有线通信网络,其布线费用高、灵活性差等不足阻碍楼宇自控系统的升级和扩展。本文分析和研究BACnet通信网络和无线通信网络技术,确定设计和实现基于嵌入式的BACnet/ZigBee互联网络,解决BACnet有线网络不足问题。本文分析比较三种BACnet网络的扩展机制,确定从BACnet协议体系结构方面扩展BACnet网络,将ZigBee应用系统加入到现有的BACnet系统架构中,即扩展数据链路层和物理层。通过在Banat协议栈和ZigBee协议栈之间引入虚拟数据链路层,为两种网络的数据通信提供一个协议接口。该设计方案的实现使用了隧道技术。本文深入研究MS/TP网络状态机制,结合CRC循环冗余检测,提出一种差错重传机制,通过在主站点状态机中加入差错重传状态的转换,保证数据帧的正确发送、接收,提高网络的服务质量;针对静态带宽分配算法浪费带宽等不足,提出一种新的动态带宽分配算法,通过最大发送数据帧个数的实时变化改变带宽分配,在Simulink和Stateflow融合环境下对动态带宽分配算法的性能进行建模和仿真,仿真结果表明提出的算法能够有效提高网络带宽利用率,提高通信质量。本文根据预研目标设计了系统方案,微控制器采用STM32F107作为互联网络系统的主处理器,实现对系统的控制和数据处理;EIA-485驱动采用MAX485芯片,实现现场总线上数据收发任务;RS-232驱动采用MAX232芯片,实现控制器与PC机进行数据通信。通过三方面的实验对所设计的互联系统的可行性进行验证,验证结果表明本文所设计的互联系统能够正确发送、接收网络数据,达到预期结果。本文完成了系统的软硬件设计,并给出完整的测试结果。
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