一 樓宇自動(dòng)化與智能建筑的起源與發(fā)展

      樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS，Building Automation System）是智能建筑的主要組成部分之一。智能建筑通過(guò)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑物（群）內(nèi)設(shè)備與建筑環(huán)境的全面監(jiān)控與管理，為建筑的使用者營(yíng)造一個(gè)舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、便捷的工作生活環(huán)境，并通過(guò)優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行與管理，降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)涉及建筑的電力、照明、空調(diào)、通風(fēng)、給排水、防災(zāi)、安全防范、車(chē)庫(kù)管理等設(shè)備與系統(tǒng)，是智能建筑中涉及面最廣、設(shè)計(jì)任務(wù)和工程施工量最大的子系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)水平和工程建設(shè)質(zhì)量對(duì)智能建筑功能的實(shí)現(xiàn)有直接的影響。

      早期的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)通常只有樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、控制技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，其他樓宇設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)也逐漸地被集成到樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中，如火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與消防滅火設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能卡設(shè)備自控系統(tǒng)等?，F(xiàn)代智能建筑的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)高度集成、和諧互動(dòng)、具有統(tǒng)一操作接口和界面的“高智商”的自動(dòng)化系統(tǒng)。

　　信息技術(shù)的飛速發(fā)展使樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生了本質(zhì)的變化。在以往的智能建筑中，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)通常與IT系統(tǒng)是分離的。隨著企業(yè)級(jí)管理日益流行，開(kāi)放系統(tǒng)技術(shù)以及Internet技術(shù)的發(fā)展，單純的物業(yè)管理必將會(huì)納入企業(yè)管理之中；專(zhuān)有通信協(xié)議的自動(dòng)化系統(tǒng)將被開(kāi)放通信協(xié)議的自動(dòng)化系統(tǒng)所取代，并在整個(gè)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全互操作，Internet將會(huì)成為管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施之上，形成網(wǎng)絡(luò)化的樓宇系統(tǒng)，真正成為企業(yè)級(jí)信息系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化樓宇系統(tǒng)使樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)不僅具有統(tǒng)一的操作界面，而且使包含物業(yè)管理在內(nèi)的企業(yè)管理更加高效。

　　隨著社會(huì)與科技的進(jìn)步與發(fā)展，只有樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)所提供的建筑環(huán)境已無(wú)法適應(yīng)信息技術(shù)的飛速發(fā)展和滿足人們對(duì)建筑環(huán)境信息化、智能化的需求。1984年1月在美國(guó)康涅狄格州Hartford 竣工的 City Place 大樓的宣傳材料中，第一次出現(xiàn)“智能建筑”一詞，標(biāo)志著“智能建筑”概念的形成。該大樓以當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的技術(shù)來(lái)控制空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、防災(zāi)和防盜系統(tǒng)、垂直交通運(yùn)輸（電梯設(shè)備）、通信和辦公自動(dòng)化等，除可實(shí)現(xiàn)舒適、安全的辦公環(huán)境外，還具有高效、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。大樓的用戶(hù)可以獲得語(yǔ)音、文字、數(shù)據(jù)等各類(lèi)信息服務(wù)，而大樓內(nèi)的空調(diào)、供水、防火防盜、供配電等系統(tǒng)均為計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化綜合管理，為用戶(hù)提供了舒適、方便和安全的建筑環(huán)境，引起全世界的關(guān)注。

　　隨后，智能建筑及其“建筑智能化系統(tǒng)”蓬勃發(fā)展，以美國(guó)和日本最為突出。此外，法國(guó)、瑞士、英國(guó)等歐洲國(guó)家和新加坡、馬來(lái)西亞、香港等國(guó)家和地區(qū)的智能建筑也迅速發(fā)展。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)的智能建筑超過(guò)萬(wàn)幢，日本新建大樓中60%以上是智能建筑。我國(guó)智能建筑起步較晚，直到20世紀(jì)80年代末期才有較大的發(fā)展，但其迅猛的發(fā)展勢(shì)頭令世人矚目。近幾年來(lái)，在我國(guó)的北京、上海、廣州、深圳等城市，相繼建成了一批具有相當(dāng)水平的智能建筑，如北京的發(fā)展大廈、上海的金茂大廈、深圳天安數(shù)碼城等。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的智能建筑開(kāi)始轉(zhuǎn)向大型公共建筑，例如會(huì)展中心、圖書(shū)館、體育場(chǎng)館,乃至城市信息化小區(qū)。

      據(jù)國(guó)外媒體預(yù)測(cè)，近期在中國(guó)興建的大型建筑將占全球的一半，21世紀(jì)全世界的智能建筑將有一半以上在中國(guó)建成。

二 無(wú)線可視化門(mén)鈴系統(tǒng)

      在我國(guó)，智能化小區(qū)越來(lái)越多，現(xiàn)代住宅小區(qū)智能化是以高科技為基礎(chǔ)，運(yùn)用先進(jìn)的儀器設(shè)備和管理手段，利用計(jì)算機(jī)及相關(guān)的最新技術(shù)，在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)上采用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)來(lái)提高效率、降低損耗、節(jié)約成本。不斷提高住宅小區(qū)物業(yè)管理、安全防范及信息服務(wù)等方面的自動(dòng)化程度，為住戶(hù)提供一個(gè)安全、方便、舒適的生活空間。

　　智能小區(qū)必備三道安全防范網(wǎng)：

　　第一道防線電視監(jiān)控系統(tǒng)：封閉的住宅小區(qū)四周?chē)鷫?、柵欄上，設(shè)置了先進(jìn)的主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器，使用紅外光束封閉周邊的頂端，一旦有人翻墻而入，監(jiān)控中心的小區(qū)電子地圖便可迅速顯示發(fā)案部位，并發(fā)出聲光報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)處警。值班人員根據(jù)電子地圖所顯示的報(bào)警部位，通過(guò)無(wú)線電臺(tái)，呼叫就近的巡邏人員前往處置；在住宅小區(qū)的大門(mén)和停車(chē)場(chǎng)（庫(kù)）出入口、電梯轎廂及小區(qū)內(nèi)主要通道，安裝了電視監(jiān)控系統(tǒng)，并實(shí)行２４小時(shí)的監(jiān)視及錄像，監(jiān)控中心的人員通過(guò)電視畫(huà)面可以隨時(shí)調(diào)看各通道的情況，一旦有案情，就可為警方提供有價(jià)值的圖像證據(jù)資料。

　　第二道防線電子巡更系統(tǒng)：在整個(gè)小區(qū)的房前屋后、綠化地帶、走道等處都合理、科學(xué)地設(shè)置了電子巡更系統(tǒng)的記錄裝置。記錄裝置能詳細(xì)、準(zhǔn)確地記錄巡邏人員每一次巡邏到該裝置前的時(shí)間，"鐵面無(wú)私"地監(jiān)督每一位巡邏人員按預(yù)定的巡邏線路和時(shí)間間隔完成巡邏任務(wù)，有效保證了巡邏人員在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)小區(qū)任何位置的報(bào)警點(diǎn)。

　　第三道防線樓宇對(duì)講系統(tǒng)：在小區(qū)的出入口、住宅樓棟口、每個(gè)樓宇入口鐵門(mén)處裝有訪客對(duì)講系統(tǒng)，當(dāng)來(lái)訪者來(lái)到小區(qū)的出入口，由物業(yè)保安人員呼叫被訪用戶(hù)，確認(rèn)有人在家并由住戶(hù)確認(rèn)訪客者身份后，訪客者方能進(jìn)入小區(qū)。進(jìn)入小區(qū)后，訪客者在樓棟口按被訪者的戶(hù)室號(hào)后，通過(guò)與主人對(duì)講認(rèn)可，主人通過(guò)遙控方式開(kāi)啟底層電控防盜門(mén)，讓來(lái)訪者進(jìn)入。該對(duì)講裝置還與小區(qū)監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，隨時(shí)可與其取得聯(lián)系

其中第三道防線是應(yīng)用最普遍，最重要的一道防線，一下主要分析基于802.11協(xié)議的無(wú)線可視化門(mén)鈴系統(tǒng)。

1. 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

      目前樓宇門(mén)禁裝置大多為一個(gè)簡(jiǎn)單的可控電子開(kāi)關(guān),一般采取語(yǔ)音對(duì)話的有線控制方式,不具備可視化能力和無(wú)線控制能力,其存在交互效果差、有線網(wǎng)絡(luò)布線繁瑣、智能化程度不夠高的缺點(diǎn)。隨著視頻編、解碼技術(shù)和無(wú)線傳輸技術(shù)的快速發(fā)展,智能化樓宇系統(tǒng)也得到了快速的發(fā)展。嵌入式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品以其體積小、成本低、使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn),得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著市場(chǎng)上智能化樓宇的不斷升溫,門(mén)鈴系統(tǒng)已作為智能化辦公室和智能化小區(qū)的一個(gè)重要組成部分。本研究介紹的智能小區(qū)無(wú)線可視化門(mén)鈴系統(tǒng)正是在這樣的應(yīng)用前景下,基于802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)的。如圖1所示,該系統(tǒng)采用低功耗、高性能的嵌入式IDT RC32434作為主控芯片,使用VW2010芯片進(jìn)行硬實(shí)時(shí)編解碼以提高編解碼效率,采用PHILIPS公司的BGW200無(wú)線芯片進(jìn)行音視頻碼流的轉(zhuǎn)發(fā)控制。整個(gè)系統(tǒng)由服務(wù)器端和客戶(hù)端兩部分組成,主要實(shí)現(xiàn)音頻視頻數(shù)據(jù)采集和高質(zhì)量編解碼以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。

(1)服務(wù)器端工作原理

      由CCD Sensor和音頻端口進(jìn)來(lái)的輸入信號(hào),經(jīng)過(guò)視頻A/D和音頻A/D轉(zhuǎn)換后,進(jìn)行MPEG4視頻編碼和MPEG MP3音頻編碼。編碼后的視音頻碼流送到網(wǎng)絡(luò)復(fù)用模塊打包后,將壓縮編碼后的數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)802.11x無(wú)線網(wǎng)絡(luò)送到客戶(hù)端。

(2)系統(tǒng)客戶(hù)端工作原理

      由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收的音視頻碼流數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)解復(fù)用模塊解復(fù)用后,獲得的視頻碼流和音頻碼流分別送至視頻解碼模塊和音頻解碼模塊進(jìn)行MPEG4視頻解碼和MP3音頻解碼。解碼后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)視頻模擬編碼、D/A和音頻D/A轉(zhuǎn)換后送到可視終端顯示。

2. 系統(tǒng)硬件組成

      系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要分四個(gè)部分:主控制系統(tǒng)、音視頻采集系統(tǒng)、多媒體編解碼系統(tǒng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

      本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)按層次劃分主要分為三層：系統(tǒng)初始化引導(dǎo)和嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核移植、外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)（包括USB攝像頭驅(qū)動(dòng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊驅(qū)動(dòng)等）、數(shù)據(jù)采集與無(wú)線傳輸。

(1) 系統(tǒng)引導(dǎo)、內(nèi)核移植和文件系統(tǒng)的建立

(2) USB攝像頭驅(qū)動(dòng)

(3) 音視頻數(shù)據(jù)采集

(4) 音視頻壓縮編解碼

(5) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊驅(qū)動(dòng)

三 總結(jié)

      通過(guò)對(duì)樓宇自動(dòng)化這門(mén)課的學(xué)習(xí)，系統(tǒng)的了解了智能建筑的定義及組成，對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)有了深入的理解，掌握了空調(diào)系統(tǒng)，給水﹑排水系統(tǒng)，消防系統(tǒng)的工作原理，加深了對(duì)自動(dòng)化所學(xué)專(zhuān)業(yè)課程的認(rèn)識(shí)，為以后的發(fā)展打好了理論基礎(chǔ)。

      樓宇自動(dòng)化的主導(dǎo)思想是用一個(gè)可以控制樓宇中各種設(shè)備正常運(yùn)行的控制中心代替人工思考和操作，幫助人們實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)視并控制機(jī)械設(shè)備；根據(jù)外界條件、環(huán)境因素、負(fù)載變化情況自動(dòng)調(diào)節(jié)各種設(shè)備；見(jiàn)識(shí)并及時(shí)處理各種意外突發(fā)事件；實(shí)現(xiàn)對(duì)大樓內(nèi)各種機(jī)械的統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)控制；能源管理及包括設(shè)備檔案在內(nèi)的設(shè)備管理。樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用基于現(xiàn)代控制理論的集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，就是我們常說(shuō)的分布式控制系統(tǒng)（DCS）.把現(xiàn)場(chǎng)被控制量經(jīng)微型計(jì)算機(jī)控制裝置（DDC）采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制任務(wù)與采集總線網(wǎng)的以太拓?fù)鋫鬏斁W(wǎng)絡(luò)以及核心設(shè)備——中央處理器有機(jī)地結(jié)合到了一起，使它們?cè)谝粋€(gè)整體層面上有條不紊地相互協(xié)作。樓宇自動(dòng)化控技術(shù)在我國(guó)還處于一個(gè)快速發(fā)展的階段，隨著人們對(duì)于優(yōu)質(zhì)生活的不斷追求以及科學(xué)技術(shù)的不斷更新，一些更加先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)將被應(yīng)用到這一領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)﹑網(wǎng)絡(luò)技術(shù)﹑控制技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，智能化建筑的系統(tǒng)集成正在向網(wǎng)絡(luò)化﹑信息化邁進(jìn)，必將給人們的生活帶來(lái)安全的舒適和極大的方便。