智能大厦能耗管理系统摘 要随着经济水平的不断提高，智能化建筑业是一个很有潜力、大有希望的产业。发展建筑业不仅是产业结构调整的一项战略性任务
，而且是改善消费结构、提高人民健康水平的一项重大举措。该文设计一款基于STM32单片机技术的智能大厦能耗管理系统。利用keil 5
器件实现了平台后台程序设计功能，利用C语言编程软件完成了语言的代码编写。解决了人们生产生活中的智能建筑领域的问题，以及其所需要的智
能大厦能耗管理系统的功能需求和旨在提高建筑行业管理水平所需的软件系统功能模块的设计与实现。通过对系统的功能进行测试，测试结果证明该
系统界面友好、功能完善，有着较高的使用价值，具有庞大的潜在用户群体和较广阔的应用前景。实现智能大厦能源信息化建设、提供能源消耗全过
程、全方位能效管理与节能支持，将智能大厦建设与绿色大厦、可持续大厦建设紧密结合起来，将在全国节约型智能大厦建设中起到引领示范作用。
关键词：智能化建筑；STM32单片机；水资源ABSTRACTWith the continuous improvement of
economic level, intelligent construction industry is a promising
industry with great potential. The development of construction in
dustry is not only a strategic task in the adjustment of industri
al structure, but also an important measure to improve the consum
ption structure and the people''s health level. This paper designs
an intelligent building energy management system based on STM32
microcontroller technology . keil 5 device is used to realize the
platform background program design function, and C language prog
ramming software is used to complete the language code. It solves
the problems in the field of intelligent building in people''s pr
oduction and life, as well as the functional requirements of the
intelligent building energy consumption management system and the
design and implementation of the functional modules of the softw
are system to improve the management level of the building indust
ry. Through the function test of the system, the test results pro
ve that the system interface friendly, the function is perfect, h
as a high use value, has a huge potential user group and a broad
application prospect.To realize the energy information constructi
on of smart building, provide the whole process of energy consump
tion, comprehensive energy efficiency management and energy conse
rvation support, and closely combine the construction of smart bu
ilding with the construction of green building and sustainable bu
ilding, will play a leading and demonstration role in the constru
ction of energy-saving smart building in the country.Key Ｗords: I
ntelligent building; STM32 MCU; Water resources目 录第1章 绪论11.1 研究目
的及意义11.2 主要研究内容1第2章 现状分析22.1 国内研究现状22.2 国外研究现状3第3章 系统的总体设计53.1 设计
方案53.2 功能需求分析53.2.1 技术路线53.2.2 预期结果53.3 总体方案设计63.4 单片机型号选择7第4章 系统
的硬件及软件设计94.1 系统的主要功能模块设计94.1.1 温度传感器测量设计94.1.2 ZigBee无线模块模组模块设计10
4.1.3 蜂鸣器传感器模块设计114.1.4 OLED液晶显示屏模块设计124.1.5 继电器模块设计134.2 软件主流程图1
34.3 温度采集模块的软件设计144.4 显示模块软件的设计154.5 蜂鸣器模块的软件设计164.6 通信模块的软件设计174
.7 水流量传感器模块的软件设计18第5章 系统测试205.1 系统实物图205.2 蜂鸣器功能模块测试205.3 温度传感器功能
模块测试215.4 水流量传感器功能模块测试225.5 ZigBee通信功能模块测试22第6章 总结与展望236.1 总结236.
2 展望23参考文献24附 录25第1章 绪论1.1 研究目的及意义课题是一种基于智能大厦能耗管理系统设计。实现智能大厦能源信息
化建设、提供能源消耗全过程、全方位能效管理与节能支持，提升智能大厦能源使用效率，降低用能成本，达到人、建筑与环境共生共荣、绿色可持
续发展，将智能大厦建设与绿色大厦、可持续大厦建设紧密结合起来，在全国节约型智能大厦建设中起到引领示范作用。通过综合节能改造优化智能
大厦主要能源使用和机电设备系统的运营方式，直接降低智能大厦的能源用量等级，实现单位面积能耗下降。我国水资源总量虽然较为丰富，但实际
可利用的淡水资源十分有限，是一个“水质型缺水”国家。水资源短缺成为制约中国市经济社会发展的一大问题，如何推动节水工作、提高用水效率
，成为中国全社会的共同责任。党的十九大提出“推进资源全面节约和循环利用，实施国家节水行动”，作为国家节水行动的基础，智能大厦能耗管
理系统在加强用水管理、制订用水定额、促进用水计量和减少用水浪费等方面发挥着重要作用。1.2 主要研究内容本系统主要设设计一个智能大
厦能耗?管理系统，系统主要包括上位机、用水监测模块、用电监测模块、显示器、单片机。用水监测模块实时监测用水量，显示，并发送上位机。
用电监测模块实时?监测电能使用状况，显示，并发送上位机；上位机设置用水、用电阈值。本论文研究的智能型大厦能源管理系统的基本功能是:
(1)用水监控模块对用水量进行实时监控，显示并发送到位置机器;(2)用水监测模块监测非正常耗水，自动切断供水阀门，发送上机警告信息
，提醒管理人员处理;(3)电力监测模块对用电量进行实时监测，显示和传送给计算机;(4)电气监控模块对电气设备的电力消耗进行实时监控
，显示和传输给计算机;(5)电源监控模块监测电源设备异常，自动切断电源供应电路，发送上机警告信息，提醒管理人员处理;(6)分配箱温
度实时监测，显示，发送给机器;(7)供水功能可由上位电脑手动控制;(8)配电箱温度过高，上层电脑发出警告信号，自动启动换气设备;(
9)供电功能可接受上部电脑的手动控制;第2章 现状分析2.1 国内研究现状2018年，宋胜丽在论文《新形势下完善上海市水平衡测试管
理制度的研究》一文中，介绍了如何利用单片机作为下位机，实现水平衡生产调度能源监测系统中的数据采集和处理功能。文中重点阐述了由80C
196KB单片机构成的下位机系统组成结构、特点和工作原理。设备层则采用80C19K单片机作为下位机的方法，构成了分布式的监测系统。
经实际应用表明，该系统结构简单，功能强大，各项性能指标均达到生产要求。[1]2017年，张维勇在《用水信息化管理在节水型单位建设中
的应用》一文中，提出了一种基于STM32F103Z单片机和昆仑通泰触摸屏的水电解制氢监测系统。这种系统结构将单片机作为下位机和数据
采集与处理单元，而触摸屏则作为上位机，用于实时监测数据并提供报警功能和异常数据存储功能。这种设计具有以下特点：数据自动采集和处理功
能：单片机作为下位机可以连接各种传感器或外部设备，实现数据的采集和处理。它可以控制传感器读取数据，并对数据进行预处理、滤波、计算等
操作，以提取有用的信息或进行必要的算法处理。实时监测和报警功能：触摸屏作为上位机可以接收并显示单片机发送的数据。它可以实时监测数据
并进行可视化展示，以便用户直观地了解系统状态。同时，触摸屏可以设置报警条件，当监测到异常数据时触发报警，例如超过预设阈值或出现特定
模式的数据。异常数据存储功能：触摸屏还可以具备异常数据存储功能，将监测到的异常数据保存下来供后续分析和处理。这样可以方便用户对异常
情况进行回溯和分析，以便找出问题的原因并采取相应的措施。小体积、低功耗和高可移植性：由于单片机作为下位机和数据处理单元，它通常具有
小体积和低功耗的特点，适合嵌入式系统或便携设备中使用。触摸屏作为上位机可以选择具有适当尺寸和功耗的设备，并且可以方便地连接到单片机
进行通信，具备较高的可移植性。这种系统结构适用于许多应用场景，如物联网设备、智能家居、工业自动化等，通过单片机和触摸屏的组合，实现
了数据采集、处理、监测和报警等功能，同时具备了小巧、低功耗和高可移植性等优势。这些功能的实现为该论文功能实现起到了借鉴意义。[2]
我们国内也陆续开发出如天正，斯维尔，PKPM等能耗分析软件，虽然采用的是 DOE-2的内核，但我相信国产的软件能更加适用于对我国的
智能楼宇进行分析。无线物联网技术与楼字能耗管理系统的结合与投入运用对于智能楼字的发展具有里程碑意义，这不仅让智能楼宇走进我们的生活
，让人享受到科技发展的便利，也为无线物联网网络进入其他邻域打下良好的基础。对能耗信息进行实时监控和数据采集是无线物联网智能楼字能耗
管理系统的主要功能，使我们宝贵的能源最为合理的被使用能源利用率也大大增加。这对于无线物联网能耗管理具有积极影响，也对社会经济发展有
巨大推动力。但与此同时我们也不得不面对无线传感器网络技术还不能完全成熟应。2.2 国外研究现状2019年GangZhu在《Desi
gnofthePLCOn-LineOptimizationPiControllerParametersBasedonFuzzyAl
gorithm》在一文中[13]提到最早的时候是通过人工采集信息来对楼宇能耗进行管理。虽然通过仪器可完成众多信息的采集，但是明显的
缺陷就是不能进行实时信息数据的监测与传输，这种监测的结果仅仅是一种静态的数据，完全不能显示系统的实时数据。所以人工逐个信息采集方式
已经不能满足于楼宇能耗监测的大量实时数据与功能要求。此外，虽然越来越多公司与高校在研发与楼字相关的节能产品，但是距离设想的还有许多
路要走。在众多分析能耗的软件中，绝大多数都仅仅拘泥于能耗模拟的进行分析，如已在国内外得到广泛认可应用Energy plus。 En
ergyPlus 由美国能源部(DepartmentofEnergy，DOE)和劳伦斯伯克利国家实验室(LawrenceBerke
ley NationalLaboratory，LBNL)共同推出的一款建筑能耗模拟软件，这款软件可以对智能楼宇的供热、制冷、照明等
能源消耗进行全面的能耗分析和成本分析。同年a等在《Design And Development Of Real-Time Smal
l Scale IoT Based Energy Monitoring System》[14]介绍了基于物联网的小型能源监测系统的
数字化。所提出的称为EMOSY的能量监测系统消除了高成本的能量表。EMOSY设计为便携式和实用，无需修改电器的内部或外部连接。EM
OSY是通过放大静电的存在而使用电压检测器电路概念开发的。该静电读数通过与Arduino NodeMCU集成的Wi-Fi模块ESP
8266发送到数据库。该网页使用AdobeDreamweaver设计，带有HTML和PHP编码。在所提出的系统中，用户能够监控每个
设备的能源使用情况和估计的计费时间。基于该结果，能量监测系统可以成功地检测到静电的存在，并且网页数据库可以显示扩展到估计电费的能量
使用。监测系统被发现对住宅、商业和工业监测能源模式非常有用，这对于促进节能措施以减少能源使用至关重要[4]。同年BiSa于《Imp
act of Energy Monitoring and Management Systems on the Implementa
tion and Planning of Energy Performance Improved Actions： An Empi
rical Analysis Based on Energy Audits in Italy》[19]对分析能源绩效改善行动（EP
IA）的有效性至关重要。提高能源效率的第一个基本步骤是发展能源审计（EA）。这些研究对于该系统的设计存在很大帮助，提供了技术支撑，
评估报告提供了有关特定设施能源使用的全面信息，确定并量化了成本效益高的EPIA。欧洲能源效率指令（EED）指出了这些工具在清洁能源
转型中的关键作用，该指令促进了EAs和EnMS计划的实施。这项工作的目的是更好地理解意大利两个工业部门和两个第三产业部门实施EED
第8条时EnMS（特别是ISO 50001）和EA之间的联系。此外，还分析了公司规模、能源监测系统和EnMS对计划和/或实施的EP
IA的影响。我们的研究结果表明，尽管能源效率差距所涉及的变量很复杂，但在具有EnMS和监控系统的企业中，“节能/公司”和“EPIA
/站点”比率更高。因此，正确的能源审计必须始终伴随着具体的监控计划，才能对公司决策者有效和有用。第3章 系统的总体设计3.1 设计
方案本系统主要设计一个智能大厦能耗管理系统，系统主要包括上位机、用水监测模块、用电监测模块、显示器、单片机。用水监测模块实时监测用
水量，显示，并发送上位机。用电监测模块实时监测电能的使用状况，显示，并发送上位机；上位机设置用水、用电阈值。设计的特色在于使用了用
电监测模块，能够做到对电能的实时监控，如有异常还能进行电路的及时切断，并且系统存在通风设备，温度过高时会及时的进行调节。3.2 功
能需求分析3.2.1 技术路线：（1）硬件部分主要包括上位机、用水监测模块、用电监测模块、显示器、单片机；（2）软件平台程序用ke
il 5；（3）画原理图用AD；（4）编程语言用C语言；（5）设计结构框图；图3.1 系统结构框图3.2.2 预期结果：智能大厦能
耗管理系统设计如下：用水监控模块：实时监控用水量。将用水量数据显示在位置机器上。发送用水量数据到位置机器，以便查看和记录。用水监测
模块：监测非正常耗水情况。自动切断供水阀门，以防止进一步水资源浪费。发送警告信息到位置机器，提醒管理人员处理。电力监测模块：实时监
测用电量消耗。将用电量数据显示在计算机上。传送用电量数据给计算机，以便记录和分析。电气监控模块：实时监控电气设备的电力消耗。将电力
消耗数据显示在计算机上。传输电力消耗数据给计算机，以便记录和分析。电源监控模块：监测电源设备异常情况。自动切断电源供应电路，以防止
设备损坏或事故发生。发送警告信息到位置机器，提醒管理人员处理。分配箱温度监测：实时监测分配箱温度。将温度数据显示在位置机器上。发送
温度数据给位置机器，以便查看和记录。供水功能手动控制：上位电脑可以手动控制供水功能。可以通过上位电脑控制供水阀门的开关。配电箱温度
监测：监测配电箱温度。上层电脑发出警告信号，以防止过热情况。自动启动换气设备，以降低温度。供电功能手动控制：供电功能可以接受上部电
脑的手动控制。上部电脑可以控制电源的开关状态。通过以上功能，智能大厦能耗管理系统可以实现对用电量、电气设备消耗、电源设备异常、分配
箱温度、供水和供电功能的监控和控制。这样可以提高能源利用效率、降低能源浪费，并且在出现异常情况时及时发出警告信息，方便管理人员进行
处理。3.3 总体方案设计本系统主要设计一个智能大厦能耗管理系统，系统主要包括上位机、用水监测模块、用电监测模块、显示器、单片机。
用水监测模块实时监测用水量，显示，并发送上位机。用电监测模块实时监测电能使用状况，显示，并发送上位机；上位机设置用水、用电阈值。智
能大厦能耗管理系统的基本功能包括：用水监控模块：实时监控用水量的使用情况，并将其显示和发送到指定位置的机器，以便进行管理和记录。用
水监测模块：监测非正常的耗水情况，例如漏水或异常大量的用水，系统会自动切断供水阀门，并发送警告信息到上级机器，提醒管理人员进行处理
。电力监测模块：实时监测电力的使用量，并将其显示和传送给计算机，以便进行能源管理和分析。电气监控模块：实时监控电气设备的电力消耗情
况，并将其显示和传输给计算机，以便进行设备运行状态的监测和管理。电源监控模块：监测电源设备的异常情况，如电源故障或电压异常，系统会
自动切断电源供应电路，并发送警告信息到上级机器，提醒管理人员进行处理。分配箱温度实时监测：对分配箱的温度进行实时监测，并将其显示和
发送给机器，以便进行温度管理和防止过热。供水功能手动控制：上位电脑可以手动控制供水功能，包括开关供水阀门和调整供水流量等。配电箱温
度过高警告：当配电箱温度超过设定阈值时，上层电脑会发出警告信号，并自动启动换气设备以降低温度。供电功能手动控制：上部电脑可以手动控
制供电功能，包括开关电源和调整电力输出等。这些功能旨在提高智能大厦的能源管理效率和安全性，实现对用电量、电力消耗、设备状态和温度等
方面的实时监测、控制和警告处理。图3．2 总体原理图3.4 单片机型号选择主控制芯片选择STM32F103C8T6，STM32F1
03C8T6是由意法半导体集团基于STM32系列ARM Cortex-M内核开发的一款具有64KB的程序存储器的32位微控制器。其
工作时需要2V~3.6V的电压和-40℃~85℃环境温度。STM32d系列采用Cortex-M3或Cortex-M4内核，运行速度
快，性能高，可以满足高性能、实时和低功耗应用的需求。同时还集成了大量的外设，包括多个UART、SPI、I2C、CAN、USB、AD
C、DAC等，支持多种通信协议和网络接口，方便设计者进行各种应用的开发。采用了多种节能技术，包括多种低功耗模式、动态电压调整和片上
时钟源等，以降低功耗并延长电池寿命。系列采用了易于理解和使用的开发工具链，包括STM32CubeMX配置工具和ST-Link调试器
等，以方便开发者进行开发和调试工作。总的来讲，STM32d系列具有高性能、丰富的外设、低功耗和易于开发等优点，因此被广泛应用于各种
领域，包括消费电子、汽车、医疗、航空航天等。图 3.3 STM32F103C8T6单片机原理图第4章 系统的硬件及软件设计4.1
系统的主要功能模块设计4.1.1 温度传感器测量设计在温度精确测量中，关键有工作压力温度计、热电阻式温度计、双金属温度计、热电阻温
度计、电子光学高温计、辐射源高温计和红外线温度计。工作压力温度计是最早用于工业化生产中的温度测量方法之一。该方法的构造简单、具有较
好的冲击韧性、低成本且不依赖外部开关电源，因此在工业化生产中得到广泛应用，用于精确测量温度。然而，由于其反应时间较长、仪器设备的密
封性需要维护、易受外部环境影响等因素的影响，逐渐退出了温度检测领域。现在，电子光学高温计、辐射源高温计以及红外线高温计都已成为非接
触式温度测量的主要方法。这些技术具有精度高、响应时间短、无需接触被测物体等优点。日常日常生活和工业生产场地的湿度通常是相对性湿度，
用RH%表明。即气体(通常是气体)中包含的水蒸汽量(水蒸汽压)是与它的气体同样时饱和状态水蒸汽(饱和水蒸汽压)的百分数。湿度用肯定
湿度、相对性湿度、漏点、体内湿气与干气的占比(净重或容积)等表明。普遍的湿度测量法有：动态性法(双压法、双温法、分离法)、静态数据
法(饱和状态盐法、盐酸法)、漏点法、干湿度球法和电子器件感应器法。双压法和双温法是根据P、V、?T的热学均衡原理，平衡时间长。分离
法根据肯定湿度和绝对干躁气体的精准混和。因为运用了当代精确测量和操控方式，这种设施可以生产制造得非常精准。殊不知，因为他们的多元性
、高成本费和用时的实际操作，他们应当被用于规范精确测量，而且他们的精确测量精度可以超过±2% RH以上。在本系统的设计中，传感器有
温度传感器，温度传感器采用DS18B20型号，每个 DS18B20 的有一个唯一的 64 位序列码，它允许多个 DS18B2s 的
功能在同1-巴士线。因此，用一个微处理器控制大面积分布的许多?DS?18B?20s是非常简单的。此特性的应用范围包括 HVAC、环
境控制、建筑物、设备或机械内的温度检测以及过程监视和控制系统。实现的功能是实时监测配电柜内温度状况，显示，并发送上位机，其次监测到
配电柜内温度过高，发送上位机警告信号，自动开启通风设备，因此系统需要对不同类型的传感器进行选择。如图4-1温度传感器。图4．1 D
S18B20温度传感器原理图4.1.2 ZigBee无线模块模组模块设计ZigBee是一种基于标准的远程监控、控制和传感器网络应用
技术。无线通信模块在该系统中所要实现的功能是将信号传递给蜂鸣器，然后及时的进行报警，维护系统安全运行。为满足人们对支持低数据速率、
低功耗、安全性和可靠性，而且经济高效的标准型无线网络解决方案的需求，Z?igB?ee标准应运而生。核心市场是消费类电子产品、能源管
理和效率、医疗保健、家庭自动化、电信服务、楼宇自动化以及工业自动化。围绕ZigBee芯片技术推出的外围电路，称之为"ZigBee模
块"，常见的ZigBee模块都是遵循IEEE802.15.4的国际标准，并且运行在2.4GHZ的频段上，另外，欧洲的标准是868M
HZ、北美是915MHZ。Zigbee是一项新兴的无线传感技术，用于部署无线传感器。它是一种短距离、低速率的无线技术，介于无线标签
技术和蓝牙之间。Zigbee这个词来自于蜜蜂在找到花粉位置时所跳的ZigZag形舞蹈，通过这种方式来告知同伴并实现信息交换。它是一
种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。目前，Zigbee协议已经发布了第一个正式标准，发布时间为12月。
ZigBee无线模块模组原理图如下图。图4．2 Zigbee模组原理图4.1.3 蜂鸣器传感器模块设计蜂鸣器是一种电子元件，常用于
发出简单的声音或警报。它由震荡器、振膜和放大器组成。当电流通过震荡器时，振荡器产生震动，振动通过振膜传递到空气中，从而产生声音。蜂
鸣器通常用于警报、闹钟、电子游戏等场合中，以产生简单的声音提示或警报。蜂鸣器有多种类型，包括有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器需要
外部电源，而无源蜂鸣器则不需要外部电源，它们的声音通常比有源蜂鸣器要弱一些。主要作为警报器、提醒器、提示器、信号器、音乐电子乐器、
语音设备等。在工业控制、仪器仪表、家用电器、汽车电子等领域都有广泛的应用。例如，在汽车上，蜂鸣器可以用来发出倒车提示声，提醒驾驶员
注意安全。在家用电器中，蜂鸣器可以用来提示洗衣机洗衣结束等。在工业领域，蜂鸣器可以用来作为警报器，提醒工人注意安全。主要参数：1.
频率：蜂鸣器发出声音的频率通常在几百赫兹到几千赫兹之间，具体取决于其设计和应用。2.声压级：蜂鸣器发出的声音强度通常用声压级来表示
，单位是分贝（dB）。常见的蜂鸣器声压级为70-90dB。3.工作电压：蜂鸣器需要接受一定的电压才能发出声音，常见的工作电压为3-
24V，具体取决于蜂鸣器的类型和应用场景。4.工作电流：蜂鸣器在工作时需要一定的电流支持，通常在10-100毫安（mA）之间。5.
驱动方式：蜂鸣器的驱动方式通常分为直流（DC）和交流（AC）两种，具体取决于其设计和应用场景。工作原理：蜂鸣器的工作原理是利用压电
效应或电磁感应原理产生振动，从而发出声音。其中，压电式蜂鸣器是通过施加电场来引起压电晶体变形，从而产生声波。而电磁式蜂鸣器则是通过
电磁感应原理产生振动，从而发出声音。如下图原理图。图4．3 蜂鸣器传感器原理图4.1.4 OLED液晶显示屏模块设计液晶显示屏模块
能够及时的将系统监测到的数据显示在电子屏幕上，使人们能直观的看到电能用量和用水量的变化情况，有机发光显示技术由非常薄的有机材料涂层
和玻璃基板构成。当有电荷通过时这些有机材料就会发光。OLED发光的颜色取决于有机发光层的材料，故厂商可由改变发光层的材料而得到所需
之颜色。有源阵列有机发光显示屏具有内置的电子电路系统因此每个像素都由一个对应的电路独立驱动。?OLE?D具备有构造简单、自发光不需
背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广等优点，技术提供了浏览照片和视频的最佳方式而且对相机
的设计造成的限制较少。OLED为自发光材料，不需用到背光板，同时视角广、画质均匀、反应速度快、较易彩色化、用简单驱动电路即可达到发
光、制程简单、可制作成挠曲式面板，符合轻薄短小的原则，应用范围属于中小尺寸面板。显示方面：主动发光、视角范围大；响应速度快，图像稳
定；亮度高、色彩丰富、分辨率高。工作条件：驱动电压低、能耗低，可与太阳能电池、集成电路等相匹配。适应性广：采用玻璃衬底可实现大面积
平板显示；如用柔性材料做衬底，能制成可折叠的显示器。由于OLED是全固态、非真空器件，具有抗震荡、耐低温(-40℃)等特性，在军事
方面也有十分重要的应用，如用作坦克、飞机等现代化武器的显示终端。原理图如下图。图4．4 OLED液晶显示屏模块原理图4.1.5 继
电器模块设计继电器模块主要是为该系统的电能输出提供动力，能够实时供电。此模块包含了3路继电器每路继电器有一组常开和一组常闭触点。可
以控制直流或者交流电路的通断。控制测接口是一个直流电源输入用于驱动继电器和一个控制信号，通过控制此控制信号，达到控制大电流或者高电
压负载的目的。被控制测，可以使24V直流的电机，或者220V交流的家用电器配合其他单片机模块，或者个传感器模块，可以实现智能控制负
载，例如温控加热，或者光控开关等模块上有电源指示灯和继电器状态指示灯，可以直观开到继电器当前是吸合还是断开的状态。原理图如下图。图
4．5 3路继电器原理图4.2 软件主流程图在传统的楼宇管理当中，各个不同的系统之间是相互分散的，同时因缺乏通信和信息共享,导致在
楼宇管理中非常混乱，自动化的程度也相对较低，造成楼宇管理中大量的浪费。而随着电子技术、通信技术等的不断发展，信息技术开始逐步进入大
型商场建筑中，从而开始为智能建筑的发展奠定了强大的基础。智能建筑的发展，是以计算机技术作为基础，从而实现对楼宇的智能化管理，成为现
代建筑技术与信息技术融合的典范。对此，本文根据当前建筑的智能化需求，提出一种基于单片机技术的智能管理平台，并对平台的实现进行了详细
的设计。系统整体流程表如下图所示。图4．6 整体流程图4.3 温度采集模块的软件设计DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的
是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。 DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，
如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观
。封装后的?DS1?8B2?0可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极
限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。图4．7 温度采集模块流程图4.4
显示模块软件的设计在设计中需要显示当前环境的温度和湿度信息。系统使用液晶显示数据，STM32单片机初始化完成后显示屏会自动写控制
字，控制字为单片机中获得的数据，随后显示出来。如图为显示模块流程图。图4．8 OLED显示子程序流程图4.5 蜂鸣器模块的软件设计
蜂鸣器分为被动和主动两种，从电路的角度看，两种蜂鸣器可以在其中工作，不同之处是单一芯片微机程序不一样。当网络节点(Beep)处于大
功率水平时，triode Q1会被切断，蜂鸣器没有电流通过，也不会响起。当网络节点(Beep)处于较低水平时，triode Q1就
会开启，并在蜂鸣器中通电。所以当binode输入PWM脉冲时，蜂鸣器就会响。电阻器R3是三重唱Q1的基座在binnode停止时具有
稳定的高级别电阻器。电阻器R4是triode Q1的基电阻，它限制基电流。Capacitor C1是针对高频率信号的bypass
Capacitor的产品。Triode Q1是交换管，控制蜂音器。电阻器R1和R2是蜂鸣器用的电流限制电阻器。这是一种非常普通的安
装方式，有两个主要的功能:第一，为了保证电阻的寿命，只有两个电阻并列一起，才能短路，各电阻上的热量才不会超过其额定电力消耗;第二，
便于调试。如果电阻器电源可以满足，如果想提高零秒音量，只要在船上并列设置电阻器就可以，而且不需要去除原来的电阻器，因此调试非常方便
。同时，如果没有选择适当的抵抗，也可以并列解决。流程图如下。图4．9 蜂鸣器模块流程图4.6 通信模块的软件设计无线通信模块广泛地
运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小
型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信
、数字音频、数字图像传输等领域中。有线通信方式的建立必须架设电缆，或挖掘电缆沟，因此需要大量的人力和物力；而用无线数传电台建立专用
无线数据传输方式则无需架设电缆或挖掘电缆沟，只需要在每个终端连接无线数传电台和架设适当高度的天线就可以了。相比之下用无线数传模块建
立专用无线数据传输方式，节省了人力物力，投资是相当节省的。在一些近距离的数据通讯系统中，无线通讯并不一定比有线通讯成本更低。然而，
由于实际现场环境的限制，有时很难进行布线，因此客户可能会选择使用无线通讯来实现数据传输。在这种情况下，无线通讯仍然是一个可行的选择
。流程图如下。图4．10 通信模块流程图4.7 水流量传感器模块的软件设计YF-S201水流量传感器如下图所示，主要由阀体、水流转
子组件和霍尔传感器组成。当水通过水流转子组件时，带动磁性转子转动且霍尔传感器输出相应脉冲信号，可通过检测脉冲信号来判断水流量的多少
。属于磁敏类传感器，水流冲击叶轮旋转带动叶轮上的磁钢，磁钢触发霍尔传感器；每转一周霍尔给出一对信号，信号通过单片机在单位时间内的周
数算出流量，霍尔可以用单极开关的，如OH44E，OH3144等。都是无接触开关。流程图如下图。图4．11 水流量传感器模块流程图第
5章 系统测试5.1 系统实物图图5．1 系统完整实物图点击上位机上方开启服务器后，手动设置上位机中温度和水流量的上下限。并观察到
了上方有温度传感器和水流量传感器所获得的实时数据。设置完毕之后点击是否开启舵机，若此时的温度和水流量都位于正常范围内则正常工作，若
此时温度和水流量有一项不在正常范围内则系统报警。5.2 蜂鸣器功能模块测试图5．2 蜂鸣器模块实物图如果温度和水流量数值显示不在阈
值范围内，数据异常蜂鸣器报警。则说明该模块运行正常，可以使用。解决方法为调节温度或是水流量数值到正常范围内，得出正常数据，从而解除
蜂鸣器报警。5.3 温度传感器功能模块测试图5．3 温度传感器模块实物图开启上位机后，温度传感器模块开始工作，如果检测到环境温度超
过阈值，则蜂鸣器进行报警操作。说明系统工作良好。调节环境温度到正常值，此时蜂鸣器检测到温度正常就会解除报警。5.4 水流量传感器功
能模块测试图5．4 水流量传感器模块实物图开启上位机后，水流量传感器模块开始工作，如果检测到水流量不在阈值范围内，则蜂鸣器进行报警
操作。说明系统工作良好，可以实现功能。检测水流量情况。5.5 ZigBee通信功能模块测试图5．5 ZigBee通信模块实物图开启
上位机后，ZigBee通信模块开始工作，如果检测到环境因素不在阈值范围内，则上传信号到蜂鸣器进行报警操作。说明系统工作良好，可以实
现功能。第6章 总结与展望6.1 总结在系统设计过程中，出现了一些问题。但在老师的指导下，我发现并改正了设计中的错误和不足。具体来
说，这些问题包括以下几个方面：首先，在功率模块模拟仿真过程中，我发现调试输出值一直达不到设计规定。经过查验基本原理错误后，我发现器
件焊接时出现了漏焊。因此，我重新焊接了器件，解决了这个问题。其次，在应用仿真软件和代码逻辑调整时，我发现在启用程序流程时，单片机没
有正常复位。为了解决这个问题，我在程序流程中添加了复位程序流程，最终获得了准确的结果。另外，在模拟仿真时，我一直收到有关端口号D1
逻辑错误的提醒。虽然这并没有危及输出效果，但在具体的印刷制版过程中，它确实会危及电源电路。后来，我通过调研发现，数据信息发送错误代
码表明时，未能分辨忙碌情况。因此，我在制定过程中添加了忙碌情况分辨，系统软件工作中一切正常，数据信息口也没有提醒逻辑错误。6.2
展望建筑设备控制中最为复杂的就是空调系统的控制，监控设备多，控制变量多并且往往相互关联相互影响的，其中某个控制变量的改变和调整，不
仅影响该变量所在的局部能耗，而且还影响整个系统的能耗，而目前应用的节能控制方法多局限于局部优化方案，尽管这些控制方案可以达到一定节
能和提高室内舒适性的效果，但由于它们只考虑系统的某些局部特性，因而有可能损害或降低系统其他局部的控制质量。因此，要真正实现楼宇空调
的优化管理和控制，必须从系统的层次上综合考虑整个系统的控制特性，优化控制和管理和控制回路的控制设定值。纵观全球，能源危机四伏，节能
的呼声愈来越高。目前，我国建筑能耗过大的问题日益突出，对量化降低能耗的要求变得越来越迫切。结合该系统研究可以看出设计过程中还应该重
视节能环保的原则，以后的开发过程中要重点针对节能设计一系列相关功能，节约耗能。全国单位建筑面积能耗是发达国家的2~3倍以上，201
3年1月1日，由发展改革委、住房城乡建设部联合制定的《绿色建筑行动方案》经国务院办公厅转发，在全国范围内推行实施，其旨在进一步提高
资源利用效率，实现节能减排约束性目标，积极应对全球气候变化，建设资源节约型、环境友好型社会，提高生态文明水平，改善人民生活质量。因
此，进一步推进能效管理工作，争创绿色建筑，将是智能化建筑发展的大趋势。参考文献宋胜丽.新形势下完善上海市水平衡测试管理制度的研究[
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ational calculation of temperature and electrical resistance to c
ontrol Joule heating of green Pinus radiata logs J Applied Therma
l Engineering,2019.附 录电路图源代码/
// @file core_cm3.
h @brief CMSIS Cortex-M3 Core Peripheral Access Layer Header
File @version V1.30 @date 30. October 2009 @note
Copyright (C) 2009 ARM Limited. All rights reserved. @par A
RM Limited (ARM) is supplying this software for use with Cortex-M
processor based microcontrollers. This file can be freely di
stributed within development tools that are supporting such AR
M based processors. @par THIS SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS"
. NO WARRANTIES, WHETHER EXPRESS, IMPLIED OR STATUTORY, INCLUD
ING, BUT NOT LIMITED TO, IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY
AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE APPLY TO THIS SOFTWARE. AR
M SHALL NOT, IN ANY CIRCUMSTANCES, BE LIABLE FOR SPECIAL, INCIDEN
TAL, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES, FOR ANY REASON WHATSOEVER.
/#ifndef __CM3_CORE_H__#define __CM3_CORE_H__/ @addto
group CMSIS_CM3_core_LintCinfiguration CMSIS CM3 Core Lint Config
uration List of Lint messages which will be suppressed and no
t shown: - Error 10: \n register uint32_t __regBasePri
__asm("basepri"); \n Error 10: Expecting '';'' .
- Error 530: \n return(__regBasePri); \n Warning 53
0: Symbol ''__regBasePri'' (line 264) not initialized . - Er
ror 550: \n __regBasePri = (basePri & 0x1ff); \n Warn
ing 550: Symbol ''__regBasePri'' (line 271) not accessed . -
Error 754: \n uint32_t RESERVED0[24]; \n Info 754: lo
cal structure member '''' (line 109, fil
e ./cm3_core.h) not referenced . - Error 750: \n #def
ine __CM3_CORE_H__ \n Info 750: local macro ''__CM3_CORE_H__
'' (line 43, file./cm3_core.h) not referenced . - Error 528:
\n static __INLINE void NVIC_DisableIRQ(uint32_t IRQn) \n
Warning 528: Symbol ''NVIC_DisableIRQ(unsigned int)'' (line 4
19, file ./cm3_core.h) not referenced . - Error 751: \n
} InterruptType_Type; \n Info 751: local typedef ''Interr
uptType_Type'' (line 170, file ./cm3_core.h) not referenced .
Note: To re-enable a Message, insert a space before ''lint''
//lint -save //lint -e10 //lint -e530 //lint -e550 //li
nt -e754 //lint -e750 //lint -e528 //lint -e751 // @addt
ogroup CMSIS_CM3_core_definitions CM3 Core Definitions This file
defines all structures and symbols for CMSIS core: - CMSIS versio
n number - Cortex-M core registers and bitfields - Cortex-M core
peripheral base address @{ /#ifdef __cplusplus extern "C" {#endi
f #define __CM3_CMSIS_VERSION_MAIN (0x01)
/!< [31:16] CMSIS HAL main versi
on /#define __CM3_CMSIS_VERSION_SUB (0x30)
/!< [15:0] CMSIS HAL sub ver
sion /#define __CM3_CMSIS_VERSION ((__CM3_CMSIS_VERSION_M
AIN << 16) | __CM3_CMSIS_VERSION_SUB) /!< CMSIS HAL version numb
er /#define __CORTEX_M (0x03)
/!< Cortex core
/#include / Include standard types /#if
defined (__ICCARM__) #include / IAR Intrinsics
/#endif#ifndef __NVIC_PRIO_BITS #define __NVIC_PRIO_BITS 4
/!< standard definition for NVIC Priority Bits /#e
ndif/ IO definitions define access restrictions to periph
eral registers /#ifdef __cplusplus #define __I volatile
/!< defines ''read only'' permissions /#else
#define __I volatile const /!< defines ''read on
ly'' permissions /#endif#define __O volatile
/!< defines ''write only'' permissions /#define
__IO volatile /!< defines ''read / write'' pe
rmissions //
Register Abstract
ion
// @addtogroup CMSIS_CM3_core_register CMSIS C
M3 Core Register @{// @addtogroup CMSIS_CM3_NVIC CMSIS CM3 NVI
C memory mapped structure for Nested Vectored Interrupt Controlle
r (NVIC) @{ /typedef struct{ __IO uint32_t ISER[8];
/!< Offset: 0x000 Interrupt Set Enable Register
/ uint32_t RESERVED0[24]; __IO uint32_t ICER[8];
/!< Offset: 0x080 Interrupt Clear Enable Register
/ uint32_t RSERVED1[24]; __IO uint32_t ISPR[8];
/!< Offset: 0x100 Interrupt Set Pending Register
/ uint32_t RESERVED2[24]; __IO uint32_t ICPR[8];
/!< Offset: 0x180 Interrupt Clear Pending Register
/ uint32_t RESERVED3[24]; __IO uint32_t IABR[8];
/!< Offset: 0x200 Interrupt Active bit Register
/ uint32_t RESERVED4[56]; __IO uint8_t IP[240];
/!< Offset: 0x300 Interrupt Priority Register (8Bi
t wide) / uint32_t RESERVED5[644]; __O uint32_t STIR;
/!< Offset: 0xE00 Software Trigger Interrupt Reg
ister /} NVIC_Type;/@}/ / end of group CMSIS_CM3_NVIC /
/ @addtogroup CMSIS_CM3_SCB CMSIS CM3 SCB memory mapped structu
re for System Control Block (SCB) @{ /typedef struct{ __I uint3
2_t CPUID; /!< Offset: 0x00 CPU ID Base
Register / __IO uint32_t ICSR;
/!< Offset: 0x04 Interrupt Control Stat
e Register / __IO uint32_t VTOR;
/!< Offset: 0x08 Vector Table Offset Register
/ __IO uint32_t AIRCR;
/!< Offset: 0x0C Application Interrupt / Reset Control Regi
ster / __IO uint32_t SCR; /!< O
ffset: 0x10 System Control Register
/ __IO uint32_t CCR; /!< Offset: 0x1
4 Configuration Control Register / __IO
uint8_t SHP[12]; /!< Offset: 0x18 System
Handlers Priority Registers (4-7, 8-11, 12-15) / __IO uint32_t S
HCSR; /!< Offset: 0x24 System Handler Co
ntrol and State Register / __IO uint32_t CFSR;
/!< Offset: 0x28 Configurable Fault Status R
egister / __IO uint32_t HFSR;
/!< Offset: 0x2C Hard Fault Status Register
/ __IO uint32_t DFSR; /
!< Offset: 0x30 Debug Fault Status Register
/ __IO uint32_t MMFAR; /!< Offset
: 0x34 Mem Manage Address Register /
__IO uint32_t BFAR; /!< Offset: 0x38 Bu
s Fault Address Register / __IO uint3
2_t AFSR; /!< Offset: 0x3C Auxiliary Fa
ult Status Register / __I uint32_t PFR[2]
; /!< Offset: 0x40 Processor Feature Regi
ster / __I uint32_t DFR;
/!< Offset: 0x48 Debug Feature Register
/ __I uint32_t ADR;
/!< Offset: 0x4C Auxiliary Feature Register
/ __I uint32_t MMFR[4]; /!< O
ffset: 0x50 Memory Model Feature Register
/ __I uint32_t ISAR[5]; /!< Offset: 0x6
0 ISA Feature Register /} SCB_
Type;
@file Project/STM32F10x_StdPeriph_Temp
late/stm32f10x_it.c @author MCD Application Team @version V
3.5.0 @date 08-April-2011 @brief Main Interrupt Service
Routines. This file provides template for all exceptions handler and peripherals interrupt service routine. @attention THE PRESENT FIRMWARE WHICH IS FOR GUIDANCE ONLY AIMS AT PROVIDING CUSTOMERS WITH CODING INFORMATION REGARDING THEIR PRODUCTS IN ORDER FOR THEM TO SAVE TIME. AS A RESULT, STMICROELECTRONICS SHALL NOT BE HELD LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT OR CONSEQUENTIAL DAMAGES WITH RESPECT TO ANY CLAIMS ARISING FROM THE CONTENT OF SUCH FIRMWARE AND/OR THE USE MADE BY CUSTOMERS OF THE CODING INFORMATION CONTAINED HEREIN IN CONNECTION WITH THEIR PRODUCTS. © COPYRIGHT 2011 STMicroelectronics // Includes ------------------------------------------------------------------/#include "stm32f10x_it.h"#include "include.h"/ @addtogroup STM32F10x_StdPeriph_Template @{ // Private typedef -----------------------------------------------------------// Private define ------------------------------------------------------------// Private macro -------------------------------------------------------------// Private variables ---------------------------------------------------------// Private function prototypes -----------------------------------------------// Private functions ---------------------------------------------------------//// Cortex-M3 Processor Exceptions Handlers //// @brief This function handles NMI exception. @param None @retval None /void NMI_Handler(void){}922 |
|
