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1.1RS-485總線RS-485是串行數(shù)據(jù)接口標準，1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。楊衛(wèi)中等（2006）[1]開發(fā)了基于現(xiàn)場總線的分布式溫室自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件由上位機、智能控制器和智能節(jié)點3層組成，采用RS-485總線作為層間通信網(wǎng)絡。曹洪太等（2006）[2]提出了一種針對溫室環(huán)境監(jiān)測的基于WEB的數(shù)據(jù)采集和信息系統(tǒng)設(shè)計方案，從軟、硬件的角度介紹了系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。硬件系統(tǒng)通過RS-485總線與數(shù)字傳感器連接，并與具有聯(lián)網(wǎng)功能的監(jiān)控計算機構(gòu)成溫室現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)。韓慧（2012）[3]設(shè)計了一套能實時控制溫室內(nèi)溫度、濕度以及CO2濃度等多參數(shù)的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，由一臺PC機與多個下位機組成主從式分布結(jié)構(gòu)，采用RS-485總線通信網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，可實時采集各環(huán)境參數(shù)值進而進行遠程控制。楊靖等（2013）[4]設(shè)計了一種基于RS-485總線和短距離無線通信方式相結(jié)合的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)；在每個溫室內(nèi)，由無線傳感器網(wǎng)絡構(gòu)成一個測量單元（網(wǎng)關(guān)節(jié)點），各測量單位通過485總線與計算機連接。RS-485接口具有良好的抗干擾性，按其接口組成的半雙工網(wǎng)絡一般只需二根連線，長的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點使其成為首選的串行接口，但是RS-485總線的主從和半雙工的工作方式難以實現(xiàn)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換，且存在效率低、實時性差等問題。
1.2CAN總線CAN總線（ControllerAreaNetwork）即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡。胡真明等（2007）[5]設(shè)計了基于CAN總線的溫室環(huán)境單片機測控系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由上位機、CAN現(xiàn)場總線、智能測控節(jié)點組成，考慮到一般是幾棟溫室連成一片以及在大型溫室里通常都有若干個測控點，基于CAN總線的優(yōu)越特性、可以將若干個溫室的測控點和具有CAN接口的PC機監(jiān)控站通過CAN總線連在一起。張穎超等（2009）[6]利用CAN總線的特點和性能優(yōu)勢，提出基于CAN總線的溫室監(jiān)測系統(tǒng)的實施方案，采用主從方式，通過CAN總線將每一個獨立的監(jiān)測節(jié)點連接起來，實時采集數(shù)據(jù)傳送到上位PC機進行處理；同時自定義了CAN總線通信協(xié)議，并給出數(shù)據(jù)通信流程。為了提高溫室控制系統(tǒng)的效率、性能和智能化水平，李曉靜等（2010）[7]基于CAN總線，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、實用性、可靠性相對較好的溫室群控系統(tǒng)設(shè)計方案。張麗紅等（2011）[8]基于CAN總線設(shè)計了溫室節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連棟溫室內(nèi)多小區(qū)的灌溉自動控制，可集中管理，也可獨立控制。相對于RS-485總線，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：①工作于多主方式，無主從之分，數(shù)據(jù)通信實時性強；②節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，總線上其他節(jié)點的操作不受影響；③通信直接傳輸距離可達10km/5kbps，掛接設(shè)備數(shù)達110個；④報文為短幀格式，并具有硬件CRC校驗，傳輸時間短，出錯率極低。
2無線通信方式
與有線方式相比，無線通信網(wǎng)絡是一種以數(shù)據(jù)為中心的自組織無線網(wǎng)絡，具有可快速臨時組網(wǎng)、拓撲結(jié)構(gòu)可動態(tài)變化、抗毀性強、無需架設(shè)網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施等優(yōu)點。常用的無線通信方式有ZigBee、藍牙、WIFI以及GSM/GPRS技術(shù)等。
2.1ZigBee技術(shù)ZigBee這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡。ZigBee是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的無線網(wǎng)絡技術(shù)，工作在2.4GHz的ISM頻段上，符合802.15.4標準，主要用于近距離無線連接。運用這種技術(shù)將溫室監(jiān)測系統(tǒng)中的各種電子設(shè)備組成一個無線傳感器網(wǎng)絡，從而方便快捷地對溫室環(huán)境參數(shù)自動監(jiān)測，這將是溫室環(huán)境控制的又一突破，具有重大意義。Zhou等（2007）[9]基于ZigBee技術(shù)，設(shè)計了一個溫室監(jiān)控系統(tǒng)，溫室內(nèi)傳感器使用星形拓撲結(jié)構(gòu)，而溫室與管理系統(tǒng)之間使用網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。針對溫室布線復雜、擴展性差、維護困難等缺點，江儒秀等（2008）[10]提出基于ZigBee無線通信技術(shù)的溫室環(huán)境群控的解決方案，采用JN5121-DKl03模塊設(shè)計了基于ZigBee樹型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的分布式溫室群控系統(tǒng)，并介紹了整個系統(tǒng)的設(shè)計方法。Hwang等（2010）[11]利用無線傳感器網(wǎng)絡組建立了三層溫室紅辣椒管理系統(tǒng)，傳感器、監(jiān)控相機等數(shù)據(jù)采集為物理層，傳感器管理、數(shù)據(jù)庫服務等為中間層，WEB應用、PDA應用等為應用層。傳感器包含環(huán)境傳感器和生長傳感器，環(huán)境傳感器用于采集植物生長的環(huán)境信息，如照度、溫度、濕度、風向、風速、CO2濃度、營養(yǎng)液EC、pH等；生長傳感器用于測量葉溫、莖稈直徑、植株高度、體積等的變化。Park等（2011）[12]開發(fā)了基于ZigBee的溫室測控系統(tǒng)，采集的環(huán)境參數(shù)包括作物葉片溫濕度、環(huán)境溫濕度和露點測控系統(tǒng)，所有測量數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫服務器，并為遠程用戶提供查詢服務。Fukatsu等（2011）[13]采用智能體（Agent）技術(shù)實現(xiàn)無線網(wǎng)絡節(jié)點與Internet的連接，并開發(fā)了基于WEB的農(nóng)田信息監(jiān)控管理系統(tǒng)。陳勇等（2012）[14]提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)灌溉監(jiān)控系統(tǒng)，采用ZigBee無線通信技術(shù)實現(xiàn)對地表下植物根部深度土壤含水率進行立體監(jiān)測。應用ZigBee技術(shù)，可以通過無線傳輸方式實現(xiàn)每個節(jié)點溫室環(huán)境控制器與管控計算機的組網(wǎng)和靈活的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，提高了溫室群控系統(tǒng)的可靠性和靈活性，并大幅度降低了成本。
2.2藍牙通信技術(shù)藍牙（Bluetooth）技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，其實質(zhì)內(nèi)容是為固定設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的近距無線接口，使各種設(shè)備在無線連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或操作。其傳輸頻段為全球公眾通用的2.4GHzISM頻段，而且不容易受到外界干擾源的影響。杜輝等（2005）[15]將藍牙無線通信技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合用于溫室群控，環(huán)境傳感器與溫室現(xiàn)場控制器之間通信采用藍牙技術(shù)，而溫室現(xiàn)場控制器與中央監(jiān)控計算機的通信使用CAN總線的方式，以提高系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性以及靈活性；并以藍牙芯片EricssonROK101007和CAN總線為例，闡述了基于藍牙技術(shù)的分布式溫室氣候監(jiān)控系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計方法。Kim等（2008）[16]利用無線傳感器技術(shù)設(shè)計了一個定點精準線性移動灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用藍牙技術(shù)實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡與基站的通信,并利用GPS技術(shù)定位灌溉點。黃曉鵬等（2008）[17]設(shè)計一種基于DSP和藍牙無線傳輸技術(shù)的分布式沼氣加熱溫室控制系統(tǒng)，環(huán)境傳感器與現(xiàn)場控制器的通信采用了藍牙技術(shù)，采用的DSP處理芯片具有CAN總線功能，克服了溫室內(nèi)部管道和線纜布置復雜以及線纜容易老化、損壞的缺點。賈海政等（2009）[18]基于藍牙技術(shù)設(shè)計了一套溫室溫度自動檢控系統(tǒng)，測溫點與執(zhí)行機構(gòu)(加熱器、通風窗)實現(xiàn)無線連接，系統(tǒng)根據(jù)作物不同時期對溫度的需求，將溫度控制在適合作物生長的最適宜溫度區(qū)，使作物快速、高效生長，提高經(jīng)濟效益。
2.3無線WIFI技術(shù)/無線局域網(wǎng)WLANWIFI（WirelessFidelity）網(wǎng)絡,符合IEEE/802.11b協(xié)議，是由AP（AccessPoint）和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡，組網(wǎng)方式較為簡單，主要優(yōu)點是無線接入、高速傳輸以及傳輸距離遠。為管理一組溫室，Serodio等（2001）[19]開發(fā)了一個分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，并將多種技術(shù)用于數(shù)據(jù)通信。在每個溫室內(nèi)，底層傳感器與控制器的連接采用頻率為433.92MHz的無線局域網(wǎng)（wirelesslocalareanetwork,WLAN）。Mizunuma等（2003）[20]開發(fā)了一個可以在大田和溫室使用的基于WLAN技術(shù)的作物生長監(jiān)測系統(tǒng)，并實現(xiàn)了遠程控制，他們認為遠程控制策略可以極大提高產(chǎn)量和降低勞動量。馬增煒等（2011）[21]設(shè)計了一套以集成了WIFI功能和ARM內(nèi)核的智能溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了通過無線網(wǎng)絡對智能溫室內(nèi)溫濕度、光照和CO2濃度的采集、匯總、顯示和記錄。Otoniel等（2012）[22]提出了一種自動監(jiān)測系統(tǒng),基于一個低成本W(wǎng)IFI技術(shù)的圖像傳感器，周期性的捕捉和發(fā)送農(nóng)田作物的病蟲害信息到遠程控制站。溫室監(jiān)控系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有普及的WIFI網(wǎng)絡資源，有效地提高了無線網(wǎng)絡的通信距離和覆蓋面積，具有成本低、普及性好、兼容性強、傳輸帶寬、傳輸速度快、標準化等優(yōu)點。
2.4GPRS/GSM通信技術(shù)GPRS（GeneralPacketRadioService,通用分組無線服務）是一種分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務，具有實時在線、按量計費、快捷登錄、高速傳輸、無距離限制等優(yōu)點，廣泛應用在手持式儀器設(shè)備、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。Mancuso等（2006）[23]在一個番茄溫室中設(shè)計了一個監(jiān)控系統(tǒng)，采用無線傳感器網(wǎng)絡對空氣溫度、相對濕度、土壤溫度等進行測量；并開發(fā)了一個基于WEB技術(shù)的植物監(jiān)控應用。當測量快速變化時，報警信息就會通過短消息服務（SMS）或GPRS方式發(fā)送到溫室管理者手機中。孫忠富等（2006）[24]針對農(nóng)業(yè)對象具有的多樣性、多變性、以及偏僻分散等特點，提出了一種基于GPRS和WEB技術(shù)的遠程數(shù)據(jù)采集和信息系統(tǒng)方案，將485總線與數(shù)字傳感器連接，并與監(jiān)控計算機構(gòu)成溫室現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，利用GPRS無線通信技術(shù)建立現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，將實時采集信息發(fā)送到WEB數(shù)據(jù)服務器。李莉等（2009）[25]設(shè)計一種結(jié)合嵌入式技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)的溫室環(huán)境信息采集與監(jiān)測的系統(tǒng)，系統(tǒng)控制終端基于ARM9和嵌入式Linux操作系統(tǒng)進行設(shè)計，用于溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的接收、實時顯示和存儲，通過GPRS方式實現(xiàn)與遠程管理中心的通信。張西良等（2010）[26]構(gòu)建了三層次無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，將短距離無線傳感器網(wǎng)絡通信技術(shù)與遠程GSM網(wǎng)絡技術(shù)相結(jié)合,以實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點和遠程管理計算機之間信息高效無線傳輸。Antonio等（2011）[27]提出了一個基于無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)的農(nóng)田信息的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)由GPRS網(wǎng)絡與集成檢測電路構(gòu)成，通過傳感器和GPRS通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸，滿足了作物信息實時獲取的要求。GPRS通信方式適合遠距離并且不具備有線網(wǎng)絡的情況下的數(shù)據(jù)傳輸，采用包交換的優(yōu)點是在有數(shù)據(jù)需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量計價，這對用戶來說是比較合理的計費方式。
3常用通信技術(shù)比較
上述6種作為溫室監(jiān)控系統(tǒng)常用的通信方式各有特點，在不同的應用場景下可以發(fā)揮各自優(yōu)勢，揚長避短，也可以將這6種通信方式進行組合，達到高效、遠程傳輸?shù)哪康?。常見的是適合近距離的通信方式和遠距離傳輸?shù)腉SM/GPRS結(jié)合，劉士敏等（2013）[28]設(shè)計了針對溫室大棚中溫濕度、CO2濃度、光照強度和土壤溫度等參數(shù)的無線實時監(jiān)控系統(tǒng)，采用WIFI技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡對環(huán)境參數(shù)進行采集，當超過預先設(shè)定的閾值時，可以通過蜂鳴器報警和GSM短信息報警。李穎慧等（2013）[29]設(shè)計了基于ZigBee的營養(yǎng)液電導率實時測量自組織網(wǎng)絡，同時系統(tǒng)集成了GPRS模塊，實現(xiàn)了營養(yǎng)液電導率與溫度信息的遠程傳輸與監(jiān)控等功能。有線通信具有高可靠性、速度快、穩(wěn)定等優(yōu)點，但布線繁瑣、成本較高。無線通信方式具有設(shè)備移動性好、不需或只需少量布線的優(yōu)點，但存在易受環(huán)境影響和延遲較大的不足。從發(fā)展角度而言，WIFI網(wǎng)絡因具有帶寬較寬、傳輸速度快、兼容能力強、抗干擾能力強等優(yōu)點[30]，將會成為設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)控系統(tǒng)重要的信息傳輸方式，也將是溫室信息傳輸技術(shù)的重要研究方向。
4結(jié)語
制造業(yè)是國民經(jīng)濟的物質(zhì)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)主體,是國民經(jīng)濟高速增長的發(fā)動機,是科學技術(shù)的基本載體,是國家核心競爭力的重要體現(xiàn),是國家安全的重要保證[1]。長期以來我國對制造業(yè)不夠重視,以上對制造業(yè)地位的確立是我們幾十年血的教訓得來的,已經(jīng)成為制造業(yè)學科泰斗們和國家的共識。當前隨著經(jīng)濟全球化趨勢迅速發(fā)展,國際上產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移步伐加快,國際競爭更加激烈,這既對我國提出了嚴峻的挑戰(zhàn),也提供了歷史性的發(fā)展際遇。數(shù)控機床是制造業(yè)的工作母機,是制造業(yè)的基礎(chǔ)和根本。筆者將藍牙無線通信技術(shù)引入數(shù)控系統(tǒng),并對其應用前景進行了有益的探索。
將藍牙技術(shù)與數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)合,可考慮從以下三個方面提升現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的性能:
(1)實現(xiàn)技術(shù)人員對數(shù)控機床的無線監(jiān)控,方便了用戶生產(chǎn)和維護。在生產(chǎn)過程中用戶方技術(shù)人員可以通過便攜的藍牙監(jiān)控設(shè)備對數(shù)控設(shè)備進行實時監(jiān)控和干預機床的運行。
(2)通過建立高速無線數(shù)據(jù)鏈路提高數(shù)控系統(tǒng)的實時自動監(jiān)控能力?，F(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)是基于操作者監(jiān)控的系統(tǒng)。當數(shù)控機床進行加工工作時,操作者主要依靠肉眼的觀察和自身的經(jīng)驗來判斷機床的運行情況并作出適當?shù)母深A,例如停止主軸、系統(tǒng)停機等。這一過程是人工的,其最大的缺陷在于實時性差,當操作者發(fā)現(xiàn)異常情況時,可能已造成工件的損毀、機床的破壞等無法彌補的損失。通過引入藍牙技術(shù),在數(shù)控主機與藍牙監(jiān)控機之間建立高速數(shù)據(jù)鏈路,將數(shù)控系統(tǒng)的運行參數(shù)實時地傳送給藍牙監(jiān)控機,由監(jiān)控機實時地、自動地監(jiān)控和記錄數(shù)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)并對數(shù)控系統(tǒng)主機發(fā)送相應的操作命令。
(3)通過藍牙監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)控系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時和完整的記錄提高數(shù)控系統(tǒng)的可維護性。提高機床的維護效率,縮短維護時間是提高數(shù)控機床利用率和節(jié)省人力、資金的重要途徑。2003年9月的數(shù)據(jù)表明我國機床設(shè)備利用率在20%～30%之間。藍牙技術(shù)引入數(shù)控系統(tǒng)后,通過對系統(tǒng)運行狀態(tài)的完整保存,得以對故障進行再現(xiàn)、和分析,可以大大提高系統(tǒng)的非機械性故障的維護效率。
1.藍牙技術(shù)簡介
藍牙技術(shù)(Bluetooth)是一種短距無線通信技術(shù),其目的是替代數(shù)字設(shè)備和計算機外設(shè)間的電纜連線以及實現(xiàn)數(shù)字設(shè)備間的無線組網(wǎng)。1998年愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾成立了藍牙特殊利益小組(SIG),負責制定藍牙規(guī)范。
藍牙規(guī)范規(guī)定了藍牙應用產(chǎn)品應遵循的標準和需要達到的要求。到目前為止,SIG已經(jīng)頒布的藍牙規(guī)范有110、110B、111三個版本,目前最新的111版本于2001年4月公布。藍牙規(guī)范由兩部分組成:藍牙核心協(xié)議、藍牙應用框架。
藍牙技術(shù)產(chǎn)品體積小、功耗低,可以方便地集成到幾乎任何數(shù)字設(shè)備中。使用的產(chǎn)品包括手機、PDA、筆記本電腦、打印機、數(shù)碼相機等。藍牙無線技術(shù)的應用大體上可以劃分為替代線纜(CableRe2placement)、因特網(wǎng)橋(InternetBridge)和臨時組網(wǎng)(AdHocNetwork)3個領(lǐng)域。
2.技術(shù)路線分析
藍牙技術(shù)是現(xiàn)今技術(shù)最復雜的一種無線通信技術(shù)。藍牙技術(shù)的復雜性并不體現(xiàn)在它的硬件上而是體現(xiàn)在其協(xié)議本身的龐大和兼容性上。要實現(xiàn)以藍牙為數(shù)據(jù)鏈路的應用,技術(shù)路線的探索和確定是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
根椐數(shù)控系統(tǒng)的整體設(shè)計要求,系統(tǒng)平臺為WindowsNT操作系統(tǒng)。研究的總體目標是“以藍牙無線通信技術(shù)為傳輸載體,實現(xiàn)數(shù)控主機與PC和便攜設(shè)備的互連,完成數(shù)據(jù)在數(shù)控主機與PC及便攜設(shè)備的互傳,以實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)的實時監(jiān)控和高效率維護。”在總體目標確定的情況下,在組織研究的基礎(chǔ)上確定了以下三種技術(shù)路線:
(1)獨立開發(fā)藍牙的HCI層以下協(xié)議棧以及上層獨立的通信協(xié)議,在此基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)控制和收發(fā)模塊的開發(fā)工作,實施對接后完成整個開發(fā)工作。這一方法無疑是最具吸引力的一種方法。其優(yōu)點有:
①可以獨立掌握藍牙的核心技術(shù);
②藍牙的所有指令可以在控制模塊中直接得以執(zhí)行,我們可以直接控制藍牙設(shè)備的工作狀態(tài)、設(shè)備連接、通信速率和通信時機;
③減少HCI層以上的協(xié)議層,加快程序執(zhí)行速度。
這種方法所需的工作量極大,藍牙設(shè)備的驅(qū)動程序、HCI層以下協(xié)議棧和HCI上層控制模塊在短時間內(nèi)獨立完成。
(2)利用第三方提供的藍牙開發(fā)平臺,開發(fā)出所需的通信模塊。這種方法的優(yōu)點是開發(fā)周期短、開發(fā)難度低,但需購買藍牙開發(fā)平臺。
(3)利用藍牙市場上成熟的藍牙設(shè)備,以藍牙的RFCOMM上層協(xié)議棧為平臺,開發(fā)藍牙通信模塊。
這種方法的優(yōu)點是投資少、開發(fā)相對容易。
我們對第一種方法和第三種方法都做了研究,在綜合考慮后最終采用第三種技術(shù)路線開發(fā)成功,其通信模型如圖2。
3.系統(tǒng)設(shè)備選型及網(wǎng)絡組織
3.1藍牙的拓撲結(jié)構(gòu)藍牙支持點對點和一點對多點的通信,最基本的網(wǎng)絡組成是微微網(wǎng)。微微網(wǎng)由主設(shè)備單元和從設(shè)備單元兩種設(shè)備單元構(gòu)成。主設(shè)備單元負責提供時鐘同步信號和調(diào)頻序列。而從設(shè)備單元一般是受控同步的設(shè)備單元,并接受主設(shè)備單元的控制。在同一微微網(wǎng)中,所有設(shè)備單元均采用同一調(diào)頻序列。每個從設(shè)備單元的起始頻率和占用信道由主設(shè)備單元控制。一個微微網(wǎng)中,一般只有一個主設(shè)備單元,而從設(shè)備單元目前最多可以有7個。不同的微微網(wǎng)之間可以互相連接。
設(shè)備選型要想實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與藍牙監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)控系統(tǒng)和藍牙監(jiān)控系統(tǒng)上必須有相應的藍牙硬件。設(shè)備選型涉及到數(shù)控系統(tǒng)和藍牙設(shè)備軟硬件,整個系統(tǒng)必須能夠緊密配合,否則無法實現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能要求。系統(tǒng)的設(shè)備選型決定了整個系統(tǒng)的硬件成本、開發(fā)平臺、軟件開發(fā)難度、開發(fā)周期等一系列問題,是一個系統(tǒng)工程,關(guān)系到整個系統(tǒng)的研發(fā)成敗。設(shè)備選型主要集中在數(shù)控系統(tǒng)本身藍牙設(shè)備的選型和藍牙監(jiān)控設(shè)備的選型上。
在數(shù)控系統(tǒng)本身的設(shè)備選型上,我們采用了IPC+藍牙USBDongle的硬件組合,它具有以下優(yōu)點:
•系統(tǒng)的成本低。IPC和藍牙USBDongle都是成熟的工業(yè)產(chǎn)品,銷售渠道多采購方便,采購成本低。
•便于開發(fā)平臺的選擇和統(tǒng)一。IPC嚴格符合業(yè)界的各種PC機標準,PC機的操作系統(tǒng)和豐富的軟件開發(fā)平臺都可以使用。藍牙USBDongle符合藍牙1.1技術(shù)規(guī)范,藍牙豐富的上層協(xié)議為我們實施開發(fā)提供了豐富的協(xié)議接口。
•藍牙USBDongle與數(shù)控IPC是獨立的硬件,大大增加了硬件的靈活性,避免了硬件的獨特性給采購帶來的麻煩。
藍牙的固定監(jiān)控主機基本與數(shù)控系統(tǒng)本身的相同,可以采用IPC+藍牙USBDongle或筆記本PC+藍牙USBDongle的組合。
基于以下幾點,藍牙移動監(jiān)控設(shè)備采用了HPiPAQPocketPCh5450PDA:
•簡化了開發(fā)平臺的選擇和開發(fā)。該PDA采用MS的PocketPC210(即WindowsCE310)操作系統(tǒng),該系統(tǒng)支持主流的X86系列微機在WindowsNT下軟件的嵌入式版本,軟件資源豐富。因此軟件開發(fā)平臺可選擇免費eVC或eVB,而避免了其它主流嵌入式操作系統(tǒng)如PalmOS和Linix所帶來的軟件資源不夠豐富,節(jié)省了昂貴的開發(fā)平臺采購費用。
•該PDA集成了符合藍牙協(xié)議規(guī)范111標準的藍牙模塊,避免了PDA上藍牙設(shè)備的開發(fā)和選型問題。
•HPiPAQPocketPCh5400PDA采用了ARM體系結(jié)構(gòu)的IntelmPXA250應用處理器,它的主頻為400MHz。該系統(tǒng)功耗低、性能高,能夠滿足藍牙監(jiān)控系統(tǒng)要求的系統(tǒng)運行速度。
•HPiPAQPocketPCh5400PDA的系統(tǒng)操作界面與主流的Windows操作系統(tǒng)的界面布置和使用方法相似,界面友好、便于操作。便于使用人員的培訓和使用。
整個硬件系統(tǒng)的硬件組織和網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)見圖4。
4.系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型及功能
軟件結(jié)構(gòu)模式是指軟件的組織管理方式,即系統(tǒng)任務的劃分方式、任務的調(diào)度機制、任務間的信息交換機制以及系統(tǒng)的集成方法等。研究結(jié)構(gòu)模式是為了解決CNC系統(tǒng)軟件集成的問題,也是開發(fā)新系統(tǒng)首先要解決的問題,是決定數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)的成敗和性能高低的第一要素。系統(tǒng)的整體軟件結(jié)構(gòu)模型見圖5。
數(shù)控系統(tǒng)是基于WindowsNT的全軟件型數(shù)控系統(tǒng),軟件構(gòu)架采用“線形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”,這種軟件結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)模塊化程度高、開發(fā)維護簡單等優(yōu)點。數(shù)控系統(tǒng)與藍牙結(jié)合并實現(xiàn)實時自動監(jiān)控的首先要解決的問題是實時數(shù)據(jù)的高速實時采集。通過將藍牙數(shù)控模塊嵌入數(shù)控全軟件數(shù)控系統(tǒng)的位控、速控模塊,問題就得到了很好的解決。系統(tǒng)運行過程中,藍牙收發(fā)模塊將位控模塊采集的數(shù)控機床的各傳感器的信息和機床的運動坐標狀態(tài)實時地發(fā)送到藍牙監(jiān)控系統(tǒng)的藍牙數(shù)據(jù)收發(fā)模塊,藍牙監(jiān)控系統(tǒng)的藍牙數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將發(fā)送過來的數(shù)據(jù)分別送入實時自動監(jiān)控模塊,實時自動監(jiān)控模塊對運行的狀態(tài)信息按一定的監(jiān)控算法進行分析檢查,如發(fā)現(xiàn)有異常則發(fā)送指令回CNC部分完成對機床的控制,實時監(jiān)控模塊負責將系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)存入狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。同時,故障自動檢測模塊調(diào)用系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)庫中的機床實體三維信息和被加工工件的三維實體信息結(jié)合機床的實時加工狀態(tài)信息檢測可能發(fā)生的故障,并實施自動干預措施。人工干預模塊是一個人工干預命令集合,在加工過程中技術(shù)人員可通過該模塊人工發(fā)送指令,控制機床的工作狀態(tài)和實時修改加工參數(shù)。故障回放模塊是一種事后處理系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)和藍牙監(jiān)控系統(tǒng)之間的工作是相互獨立地實時并行工作,因此無論CNC部分發(fā)生怎樣嚴重的故障,并行部分都能完整的記錄系統(tǒng)的狀態(tài)信息。故障回放和故障仿真模塊調(diào)用系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的信息,完成其對機床故障的重現(xiàn),幫助技術(shù)人員排除故障、積累避免故障的經(jīng)驗。
5.實現(xiàn)及結(jié)論
1.1煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和工作原理分析
（1）利用傳感器信息裝置將檢測到的物理量轉(zhuǎn)化為電信號，電信號可以依據(jù)運行情況對其進行診斷，當出現(xiàn)問題時會及時的對其進行預報且顯示問題所在原因。
（2）電信號必須通過顯示設(shè)備將其作業(yè)狀況完整的顯示出來，然后轉(zhuǎn)化為可控的傳輸信號，對其實時掌握。
（3）通過預先設(shè)置好的接收方式對信號進行接收，通常情況下，采取分站接收然后復用信息將其傳輸在主站上加以顯示。對于分站來講，它必須將接收到的信息加以整合、分類，對簡單數(shù)據(jù)進行校驗，防止不準確信息被利用，這樣不僅僅會造成一定損失，且會增加發(fā)生事故的概率，所以在進行傳輸主站前，必須對信息進行準確的掌握。
（4）電源箱是確保煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)正常運行的主要交流電源，它能確保在臨時停電的基礎(chǔ)上讓煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)可以有效的運行，維持正常的基本用電量且供電量大于二小時的蓄電量。
（5）主站在接收信號的同時，要對其信號進行及時的處理。傳輸接口在確保接收信號后，要再次將主站整理好的信息傳輸至相應分站。從某種角度上而言，傳輸接收器具備了分站與總站相互傳輸信號及自動檢驗、調(diào)節(jié)等功能，所以使用過程中不容忽視。
（6）主體正常運行的前提下，要利用計算機對其進行掌控，主機的主要作用是聯(lián)網(wǎng)、控制輸出打印、控制輸出、人機的對話、聲光的報警、顯示、磁盤的存儲、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、判別報警、校正、接收檢測的信號等。
1.2煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的作用
第一，通風及瓦斯監(jiān)控，也就是監(jiān)測局部的通風機停開（特別重要）、風筒的狀態(tài)、風門的狀態(tài)、饋電的狀態(tài)、風壓、風速以及甲烷的濃度等。一旦局部的通風機掘進巷道出現(xiàn)停風狀況或出現(xiàn)停止運行現(xiàn)象時或瓦斯出現(xiàn)超限時，相應的煤礦其安全監(jiān)控的系統(tǒng)就會自動切斷各自區(qū)域電源，同時閉鎖與報警，這一措施可以達到以下目的：
（1）規(guī)避與降低了因電氣設(shè)備違章作業(yè)或失爆、或電氣設(shè)備出現(xiàn)故障的危險溫度或電火花導致瓦斯爆炸的發(fā)生率；
（2）規(guī)避與降低了運、掘、采等設(shè)備在運行狀態(tài)下因危險溫度或摩擦碰撞出火花而導致的瓦斯爆炸的發(fā)生率；
（3）可以起到提醒作用，督促生產(chǎn)的調(diào)度員、領(lǐng)導及時把工作人員安置到安全位置；
（4）督促生產(chǎn)的調(diào)度員、領(lǐng)導及時處理好事故的安全隱患，提前預防瓦斯爆炸事故的發(fā)生。
第二，瓦斯抽放系統(tǒng)的監(jiān)控。
（1）監(jiān)測抽放管路里閥門開度、溫度、壓力、流量、甲烷的濃度以及一氧化碳濃度等各管道的參數(shù)；
（2）對瓦斯抽放泵站室里甲烷的濃度以及井下臨時的抽放瓦斯泵站其下風側(cè)的柵欄外的甲烷濃度環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測；
（3）對抽放泵軸溫、抽放泵的真空度以及電機溫度等進行監(jiān)測；
（4）監(jiān)測冷卻水池的水位、水溫以及水壓與水量等供水的參數(shù)；
（5）監(jiān)測功率因素、電壓、電流等供電的參數(shù)；
（6）對供氣管道其供氣閥的開度、流量、甲烷的濃度、溫度、正壓等供氣的參數(shù)進行監(jiān)測；
（7）監(jiān)測密封的水溫、密封的水位、罐內(nèi)其甲烷的濃度、罐壓和罐高等儲氣罐的參數(shù)；
（8）對瓦斯抽放供水、閥門、泵等狀態(tài)進行監(jiān)測；
（9）對瓦斯抽放純瓦斯量和混合量進行監(jiān)測；
（10）對瓦斯抽放閥門與泵進行控制。第三，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)可以有效的對火災進行實時監(jiān)控，了解火災發(fā)生的原因及火災過程中煙霧、二氧化碳的濃度及溫差變化，這樣就能有效的控制火情，降低風險的蔓延、擴大。第四，監(jiān)控系統(tǒng)可以有效的對瓦斯做出預警報警信息，從而將瓦斯所處的地質(zhì)信息進行分析，進一步提高防治風險發(fā)生的預警能力。第五，針對往期事故的發(fā)生要對其進行調(diào)研，依據(jù)事故發(fā)生原因進行經(jīng)驗總結(jié)，這樣不僅僅能夠為其提供參考依據(jù)，更能為日后同類事故的發(fā)生提供預防預警的作用，所以針對每次煤礦事故的發(fā)生都要進行系統(tǒng)檢測。
2煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)管理的應用
暖通空調(diào)軟件可以按用途分為輔助繪圖（CAD）軟件、設(shè)計計算軟件和模擬分析軟件，按其與Internet的關(guān)系可以分為離線應用軟件和Internet在線應用軟件，這些軟件共同構(gòu)成了暖通空調(diào)領(lǐng)域一個重要的發(fā)展方向，本文就這些軟件本身及其發(fā)展作一個簡要的回顧。
自1946年第一臺電子計算機誕生以來，科學技術(shù)發(fā)生了一場深刻的革命，計算機不僅有驚人的運算速度和很高的計算精度，還具有記憶、判斷等功能，同時計算機軟件技術(shù)也在的不斷發(fā)展和完善，計算機及其軟件的可靠性和應用性越來越高，它們已成為人們工作和生活中不可或缺的工具。暖通空調(diào)軟件在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、暖通空調(diào)設(shè)備生產(chǎn)等方面得到了廣泛的應用。
暖通空調(diào)軟件最早應用于暖通空調(diào)設(shè)計和制造領(lǐng)域的計算機輔助設(shè)計，目前，暖通空調(diào)CAD和設(shè)計計算軟件已經(jīng)取得了很大的成就，暖通空調(diào)設(shè)計專家系統(tǒng)軟件已經(jīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和決策，能耗分析軟件、氣流模擬CFD（計算流體力學）軟件的應用使設(shè)計人員在大樓建成之前就能對暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行工況和能耗情況進行模擬，從而據(jù)此選擇最優(yōu)的設(shè)計方案。
不難發(fā)現(xiàn)，暖通空調(diào)軟件經(jīng)歷了一個從簡單到復雜、從粗糙到精細、從面向過程無友好程序界面到面向?qū)ο蠼缑嬗押?、從離線到網(wǎng)絡的發(fā)展過程，隨著計算機軟件技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，暖通空調(diào)的軟件也更加完善，更好地為暖通空調(diào)工程師服務。我們應該跟上時代的步伐，及時地充分利用計算機軟件技術(shù)，使暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展不斷推向前進。
2、暖通空調(diào)軟件技術(shù)
2.1暖通空調(diào)輔助設(shè)計軟件
暖通空調(diào)輔助設(shè)計軟件包括輔助繪圖（CAD）軟件和設(shè)計計算軟件，就我國的情況來說，暖通空調(diào)輔助設(shè)計軟件的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段：起步、發(fā)展、成熟。
1）起步階段（20世紀70年代左右）
各大學和研究單位研制開發(fā)一些符合國情的暖通空調(diào)程序軟件庫，但多為局部性的，覆蓋面不寬，水平也有限。
2）發(fā)展階段（20世紀80年代左右）
國家出資研制開發(fā)《建筑工程設(shè)計軟件包》（BDP），作為國家“六五”科技攻關(guān)項目，該軟件于1986年5月通過國家（部級）鑒定，被譽為當時具有國際水平的優(yōu)秀軟件，并在此后的數(shù)年里，在國內(nèi)得到了較為廣泛的應用。與此同時，也有一些CAD軟件出現(xiàn)。
3）成熟階段（20世紀90年代）
Windows的出現(xiàn)，以及AutoCAD的推廣應用，各種空調(diào)CAD軟件涌現(xiàn)，并得到日益廣泛的應用。1995年3月，我國第一個在Windows環(huán)境下開發(fā)的暖通空調(diào)設(shè)計計算軟件EasyHVAC（同濟大學）投放市場，它一出現(xiàn)即受到設(shè)計人員的青睞，1998年，該軟件又推出了輔助繪圖版本EasyHVACCAD.我國的空調(diào)輔助設(shè)計軟件正日益走向成熟和完善，2001年7月，上海華電源信息技術(shù)有限公司和上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計集團共同開發(fā)的HDY-SMAD空調(diào)負荷計算及分析軟件將暖通空調(diào)設(shè)計計算軟件推向了新的，該軟件通過了上海市建設(shè)和管理委員會的鑒定，專家一致認為該軟件部分功能填補了國內(nèi)同類計算軟件的空白，總體設(shè)計達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，該軟件具有如下區(qū)別于其它軟件的新的功能和特點：
1）內(nèi)嵌215個城市和地區(qū)的氣象資料，并具有城市擴充功能，能夠計算各個城市和地區(qū)的全年逐時室外干球和濕球溫度、太陽輻射強度。
2）在不同的設(shè)計階段，由粗到細提供6種不同的空調(diào)負荷計算方法，用戶可根據(jù)需要自由選擇。
3）能夠?qū)Χ究照{(diào)熱負荷進行逐時計算，并且可以將冬季的人員、照明和設(shè)備得熱產(chǎn)生的負荷從空調(diào)熱負荷中扣除。
4）強大的樓層組管理功能，支持多個標準層。
5）獨特的工作時間表設(shè)定和指派功能，支持不同日期具有不同的上班模式，以及不同時間的不同上班模式，無縫處理間歇運行空調(diào)系統(tǒng)。
6）應用動態(tài)焓濕圖（HDY濕空氣分析大師）能自動對一次回風系統(tǒng)自動進行冬季和夏季工況，HDY濕空氣分析大師能夠分析和計算各種空調(diào)系統(tǒng)和工況。
7）利用東方空調(diào)網(wǎng)的暖通空調(diào)設(shè)備數(shù)據(jù)中心，得到各個廠家的最新空調(diào)設(shè)備資料，用于空調(diào)設(shè)備的選擇。
8）可以輸出14種文件類型：封面、建筑概況、室外氣象資料、室內(nèi)設(shè)計參數(shù)、圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)、空調(diào)負荷計算方法及公式、空調(diào)負荷詳細計算參數(shù)、空調(diào)負荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)、空調(diào)負荷逐時數(shù)據(jù)、空調(diào)工況分析結(jié)果、樓層組管理文件、回風系統(tǒng)劃分文件、新風系統(tǒng)劃分文件、設(shè)備選擇結(jié)果。
暖通空調(diào)輔助設(shè)計軟件的應用范圍不限于暖通空調(diào)工程的設(shè)計，它還用于暖通空調(diào)新產(chǎn)品的開發(fā)。暖通空調(diào)設(shè)計專家系統(tǒng)也取得了較大的成果，它能給出特定建筑物的暖通空調(diào)系統(tǒng)和暖通空調(diào)設(shè)備的各種可能的設(shè)計方案，并評判它們的優(yōu)劣，從而可以得到最好的設(shè)計方案。
2.2暖通空調(diào)能耗分析軟件
暖通空調(diào)輔助計算軟件解決了輔助繪圖和設(shè)計計算等較簡單、靜態(tài)的問題，但是暖通空調(diào)系統(tǒng)是一個隨建筑類型和室外氣象條件動態(tài)變化的復雜系統(tǒng)，暖通空調(diào)工程在設(shè)計時要考慮節(jié)能和環(huán)保，在運行時也要考慮節(jié)能和環(huán)保，因為在暖通空調(diào)運行期中大部分時間中其負荷條件是不同于設(shè)計條件的。采取一定的技術(shù)和管理措施使暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行適應負荷動態(tài)變化，盡量避免不必要的能耗，這是暖通空調(diào)節(jié)能的重要方面，要做到這一點，必須對暖通空調(diào)系統(tǒng)的全年動態(tài)能耗進行模擬分析，從而準確地制定相關(guān)的優(yōu)化方案。因此暖通空調(diào)能耗分析軟件也就應運而生了。
暖通空調(diào)能耗分析軟件，能夠?qū)σ呀?jīng)建成的和將要建造的大樓暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行進行全年負荷動態(tài)分析、能量消耗模擬和技術(shù)經(jīng)濟分析，設(shè)計人員可以由此判斷空調(diào)設(shè)計的優(yōu)劣，并提出空調(diào)系統(tǒng)的最佳控制和管理辦法。
美國和英國等發(fā)達國家在20世紀70年代就開發(fā)出了暖通空調(diào)能耗分析軟件，例如美國能源部開發(fā)的DOE軟件，英國的ESP-r軟件，并在美國和歐洲得到了廣泛的應用。2001年，作為DOE軟件和BLAST軟件的升級版本，美國能源部又開發(fā)了EnergyPlus軟件，該軟件集中了美國政府在建筑環(huán)境與設(shè)備領(lǐng)域的投資所產(chǎn)生的世界上最先進的科研成果，有10來個美國大學和公司參與了該項目的研究，最終由美國加州伯克利大學LawrenceBerkeley國家實驗室（LBNL）發(fā)行。建筑能量模擬已經(jīng)在美國和發(fā)達國家中普及，預計在未來2-5年內(nèi)，將在中國推廣和普及，相關(guān)的建筑節(jié)能標準正在加緊制定，從而為能量模擬軟件的推廣做好了政策上的準備。目前國內(nèi)的能耗分析軟件有清華同方股份有限公司開發(fā)的DEST軟件（基于AutoCAD）和上海華電源信息技術(shù)有限公司與上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計集團共同開發(fā)的HDY-SMAD空調(diào)負荷計算及分析軟件（直接基于Windows，V2.0以上版本可進行能耗分析），后者具有以下的主要功能和特點：
1）采用諧波反應法計算墻體得熱，采用熱平衡法計算房間負荷，能夠計算全年8760h的逐時負荷。
2）同時對建筑物和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備進行模擬分析，設(shè)備運行結(jié)果可反饋到空調(diào)系統(tǒng)中進行負荷的反饋計算。
3）對空調(diào)負荷的強大的統(tǒng)計和分析功能，彌補了國內(nèi)同類軟件的空白。
4）基于Internet的網(wǎng)上空調(diào)設(shè)備選擇功能。
5）中英文兩種輸出方式。
2.3氣流模擬計算流體力學（CFD）軟件
空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的效果與室內(nèi)氣流組織密切相關(guān)。好的氣流組織方式能夠使空調(diào)房間的溫度、濕度和速度很容易地符合設(shè)計要求，反之，差的氣流組織方式可能根本就達不到設(shè)計要求。因此，在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計完成之后施工之前，預測空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織狀況就很重要。在以往的研究中，只能用模型實驗的方法研究幾種典型送回風方式的氣流組織狀況，獲得一些簡化的計算公式，并將它們套用到類似的設(shè)計中去，但是，它們的精度和使用范圍都不能令人滿意，尤其當遇到一些特殊難題，如高大空間的氣流組織、車間有害氣體濃度場分布、室內(nèi)不同障礙物情況下的氣流流動規(guī)律等等便無法解決。正是在這種情況下，基于計算流體力學（ComputationalFluidDynamics）的空調(diào)系統(tǒng)氣流模擬軟件發(fā)展起來了。
氣流模擬軟件的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段：
1）從簡單的單個送風口氣流狀態(tài)，到多風口相互影響下的室內(nèi)氣流組織；
2）從二維到三維；
3）從穩(wěn)態(tài)到動態(tài)；
4）從層流到紊流；
5）從簡單的邊界條件和初始條件到復雜的邊界條件和初始條件；
6）從單純的數(shù)值計算，到圖文并茂的計算和前后處理一體化軟件。
比較著名的氣流模擬軟件有SIMPER、PHOENICS等等，另外很多商業(yè)計算機公司，如IBM，也開發(fā)了與建筑配套的空調(diào)系統(tǒng)氣流模擬軟件。由于氣流模擬的計算復雜，以前大多在工作站或大型計算機上開發(fā)，隨著微型計算機速度的提高，現(xiàn)在已經(jīng)有了微機上的氣流模擬軟件。
氣流模擬計算方法以計算機為運算工具，其最大優(yōu)點是成本低，實踐表明，計算機運算的成本要比相應的模型實驗低許多倍，隨著被研究的物理對象越來越大和越來越復雜，這個優(yōu)點將更顯著；其次是速度塊，用計算機運算，設(shè)計人員可以在很短的時間內(nèi)設(shè)計對比許多不同方案，從中優(yōu)選出最佳設(shè)計，而相應的模型實驗則需很長時間；第三是具有較強的模擬真實條件的能力，它的計算空間不受限制，無須縮小幾何比例，而模型實驗就難以辦到。不過數(shù)值計算結(jié)果的可靠性主要依賴于數(shù)學模型和計算方法的正確程度，故不如實驗方法那么直觀可靠，因而必要時還須將兩種方法結(jié)合使用。
2.4基于Internet的空調(diào)系統(tǒng)遠程監(jiān)控軟件
隨著Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，人們通過Internet對世界各地的空調(diào)系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控已經(jīng)成為現(xiàn)實。杭州華電華源環(huán)境工程有限公司和上海華電源信息技術(shù)有限公司共同開發(fā)的冰蓄冷空調(diào)遠程監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了對冰蓄冷空調(diào)工程現(xiàn)場的全自動監(jiān)測，具有以下的功能：
1）管理人員通過Internet能夠在任何地方通過密碼登錄后對各地的冰蓄冷現(xiàn)場控制系統(tǒng)實施遠程監(jiān)測；
2）各地的冰蓄冷現(xiàn)場控制系統(tǒng)能夠及時地向管理人員發(fā)送運行數(shù)據(jù)；
3）管理人員能夠通過瀏覽器對各地工程的反饋信息，進行統(tǒng)計整理和比較，并進行故障診斷。
我們相信，在不久的將來，基于Internet的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)遠程監(jiān)控和故障診斷將成為必然的發(fā)展趨勢。
2.5基于Internet的暖通空調(diào)電子設(shè)備手冊
暖通空調(diào)專業(yè)是一個設(shè)備應用專業(yè)，設(shè)備的正確選用和布置是工程設(shè)計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。由于目前設(shè)計人員主要是通過設(shè)備手冊和設(shè)備樣本來獲取設(shè)備的信息，這樣獲取的數(shù)據(jù)難以及時更新，查閱起來也不太方便，因此，上海華電源信息技術(shù)有限公司提出了開發(fā)基于Internet暖通空調(diào)電子設(shè)備手冊的設(shè)想。
基于Internet暖通空調(diào)電子設(shè)備手冊，除具有常規(guī)設(shè)備手冊的基本功能（具有設(shè)備的使用和安裝說明，用戶可以查閱）外，而且具有以下常規(guī)設(shè)備手冊所不具有的功能和特點：
1）提供各類設(shè)備專門的選型程序，根據(jù)用戶提交的設(shè)計參數(shù)，可以迅速從設(shè)備庫中檢索到符合條件的一組設(shè)備，顯示各自的設(shè)計人員關(guān)心的數(shù)據(jù)，利于用戶對這些設(shè)備進一步的比較和分析。對于某些設(shè)備，并提供一些必要的計算和分析功能，簡化用戶的選型。
2）能夠直接根據(jù)用戶選定的設(shè)備生成或調(diào)用相應的CAD圖形（三視圖）。
3）上述功能既能在常規(guī)的操作系統(tǒng)和CAD環(huán)境下實現(xiàn)，又能在Internet上實現(xiàn)。
4）制定了暖通空調(diào)所有設(shè)備的標準數(shù)據(jù)庫格式，統(tǒng)一了各生產(chǎn)廠家提供給設(shè)計人員的樣本的格式，利于設(shè)計人員進行分析和比較。
5）各生產(chǎn)廠家可以隨時在網(wǎng)上對其產(chǎn)品數(shù)據(jù)和圖形進行更新，從而保證設(shè)計人員所得到的產(chǎn)品資料永遠是最新的。
目前，該暖通空調(diào)電子設(shè)備手冊已經(jīng)有Internet、Windows和AutoCAD三個版本的軟件產(chǎn)品，Internet版本的產(chǎn)品可以在東方空調(diào)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心運行。
2.6專業(yè)Internet網(wǎng)站的涌現(xiàn)
互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為暖通空調(diào)專業(yè)信息交流的一個重要渠道，因此至今已經(jīng)涌現(xiàn)出了一大批的暖通空調(diào)專業(yè)和企業(yè)網(wǎng)站。目前，各大設(shè)備生產(chǎn)廠家均有自己的企業(yè)網(wǎng)站。國內(nèi)比較著名的暖通空調(diào)專業(yè)網(wǎng)站有東方空調(diào)網(wǎng)、暖通空調(diào)信息網(wǎng)、中國空調(diào)制冷網(wǎng)等，其中東方空調(diào)網(wǎng)除提供信息服務外，還提供設(shè)計資詢和各種暖通空調(diào)專業(yè)軟件的開發(fā)和外包服務，及附加技術(shù)服務?？梢灶A見，隨著人們對互聯(lián)網(wǎng)絡認識的深入，暖通空調(diào)專業(yè)網(wǎng)站將成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?，暖通空調(diào)專業(yè)也將隨著Internet的發(fā)展而進入一個嶄新的發(fā)展階段。
充電控制板和放電檢測板單片機實現(xiàn)的功能簡單，程序量也很少，不再詳述。下面重點介紹主控板的監(jiān)控程序設(shè)計?！】刂扑枷牒筒呗怨こ态F(xiàn)場使用的直流電源基本上都由交流電源轉(zhuǎn)換而來，而交流電源可能出現(xiàn)斷電的情況。為保證交流電源斷電后監(jiān)控系統(tǒng)仍然能持續(xù)工作，增加了后備電源，其主要載體就是蓄電池。蓄電池的剩余電量直接關(guān)系到整個監(jiān)控系統(tǒng)的持續(xù)工作能力。充電和剩余電量評估現(xiàn)場的交流電源發(fā)生斷電的情況是不可預測的。
為保證有足夠的剩余電量供下一次斷電后使用，要求放電后的蓄電池在交流電恢復后盡快完成充電，因此需要適當提高充電電壓以實現(xiàn)快充；但充電電壓過高會對蓄電池的壽命造成損害，因此在剩余電量較高時應采取較低電壓進行浮充。在整個充電過程中，充電電壓應該是不斷變化的。主控板單片機綜合蓄電池剩余電量信息、蓄電池溫度信息改變充電電路的目標電壓，并將其下發(fā)給充電控制板；充電控制板以PWM方式改變充電電壓，檢測實際電壓并上報主控板。在充電過程中，主控板實時檢測充電電流，采用積分的方法統(tǒng)計充電量；在放電過程中，實時檢測放電電流，采用積分的方法統(tǒng)計放電量；結(jié)合充電量和放電量以及蓄電池的總電量，可以評估蓄電池的剩余電量。溫度檢測和告警溫度是蓄電池的一個重要參數(shù)，它可以間接反映電池的性能狀況。根據(jù)檢測的溫度參數(shù)可以對電池進行智能化管理，以延長電池的壽命。
需要實時檢測蓄電池溫度，為充電控制提供參考；在溫度過高或持續(xù)處于高溫的情況下，發(fā)出相應告警。總電量的重新評估蓄電池在使用過程中，其總電量不斷下降，下降到一定程度后，蓄電池應該及時報廢。所以，需要定期重新評估蓄電池總電量。蓄電池總電量的評估過程：使蓄電池充分充電后開始放電，并按積分法計算總放電量，即新的蓄電池總電量。在蓄電池總電量評估過程中，也可能發(fā)生交流電源斷電的情況。為保證系統(tǒng)的持續(xù)供電，應對蓄電池組進行備份，所以蓄電池管理系統(tǒng)包含2組獨立的蓄電池，且每組蓄電池都能保證提供電量的持續(xù)供應。對一組蓄電池進行總電量評估前，應該保證另外一組蓄電池處于飽和狀態(tài)。遙控輸入和數(shù)據(jù)保存通過現(xiàn)場遙控輸入的方式可修改部分控制參數(shù)以及告警門限，并保存在FALSH中，實現(xiàn)斷電保存。