基于rs485总线小区智能化系统电气设计－－优秀毕业设计完整版

1、引言 随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅速发展以及人们对信息共享的强烈需求，智能大楼应运而生。1984年美国哈特福特市将一座旧式大楼改造，并且对大楼的空调、电梯、照明和防盗等设备采用计算机进行监测控制，为客户提供语音通信、文字处理、电子邮件和情报资料等信息服务，被称为世界上第一座智能化大楼。这项工程引起了世界各国的关注。从此世界上许多国家都开始对智能大楼的概念与实现方法进行了研究,并着手制定各自的智能大楼的标准。智能小区是在智能化大楼的基本含义中扩展和延伸出来的，它通过对小区建筑群四个基本要素(结构、系统、服务、管理)的优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及

2、安全的居住环境。由于“智能化”是一个相对的概念，“智能化”技术本身也正在不断地发展、完善、直至成熟，因此智能小区智能化是一个过程，它应当随着智能化技术的发展和人们需求的不断增长而增长。总的来说，智能小区是利用现代4c(即计算机、通讯与网络、自控、crt图形显示)技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。智能化小区不仅是住宅小区建设的主要目标，它更是提高居住质量的手段。一个优美的住宅小区应当具有安全、宁静、整洁、舒适、方便、回归自然的环境，采用各种智能

3、化的设备与环境，有助力于建立住宅小区的各种环境，如安全环境、多媒体信息共享环境、民主管理环境等，因此，住宅小区智能化有利于提高居民的生活与居住质量，有利于人与社会的交流，提高物业管理的效率。1住宅小区智能化系统概述智能小区是随着现代科学技术的迅猛发展，特别是计算机技术、通讯技术、网络技术、信息技术、自动化控制技术、办公自动化技术的普及和应用而发展起来的。智能小区是将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器设备和家庭保安装置通过家庭总线技术连接到一个家庭智能系统上进行集中的或异地的监视、控制和管理。国家建设部住宅产业化办公室提出了住宅小区智能化的基本概念:利用现代4c技术(即computer计算

4、机、control控制、communication通信、crt图形显示)，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提高人们的居住质量，给人们带来多元化、安全、舒适、健康、便利、节能、娱乐的生活环境。1.1智能小区的分类根据全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则，智能小区可以分为一星级、二星级、三星级小区。一星级小区具有安全防范子系统、信息管理子系统、信息网络子系统。其中安全防范子系统包括出入口管理及周界防越报警、闭路电视监控、对讲与防盗门控、住户报警、巡更管理。信息管

5、理子系统包括远程抄表与管理ic卡、车辆出入与停车管理、供电设备、公共照明、电梯、供水等主要设备监控管理、紧急广播、物业管理计算机系统。信息网络子系统包括为实现上述功能的科学合理布线。二星级小区:除了具备一星级的全部功能之外，同时在安全防范子系统和信息管理子系统的建设方面，其功能及技术水平应有较大提升。信息传输通道应采用高速宽带数据网作为主干网。物业管理计算机系统应配置局部网络，并可供住户联网使用。三星级小区除了具备二星级全部功能，其中信息传输通道应采用宽带光纤用户接入网作为主干网，实现交互式数字视频业务。在可能条件下，应实施现代集成建造系统(hi-cims)技术，并把物业管理智能化系统建设纳入

6、整个住宅小区建设中，使其实现先进性、可扩展性和科学性的管理。1.2住宅小区智能化系统组成小区智能化系统总体上是构建在网络基础上、以信息传输通道为物理集成的多功能管理与监控系统，并与catv、公共交换网、互换网等联网使用。小区的智能化系统由安全防范系统、信息管理系统、信息网络系统组成。智能小区物业管理系统图1.1所示:图1.1 智能小区物业管理系统结构框图1.2.1安全防范系统安全防范系统为住户提供住宅内和小区内的安全保障变了传统住宅的自我保护方法，例如安装防盗门、防盗窗栏杆等。它通过物业管理中心，利用科技手段，由物业管理中心和公安部门为住户提供安全保证服务。安全防范子系统功能主要包括: 闭路电

7、视监控系统、周界防范系统、电子巡更系统、楼宇对讲系统、家庭安防系统、门禁管理系统。1.2.2信息管理系统该系统为住户和物业管理中心提供各种与信息有关的服务，是智能小区信息运转的中心。信息管理子系统主要包括:自动抄表系统、公共广播系统、设备监控系统、物业管理计算机系统、停车场管理系统。1.2.3信息网络系统该子系统是整个小区智能化系统集成的硬件网络平台。该子系统的构成质量直接决定了系统的性能和扩展空间。信息网络子系统主要包括:在线电视网、宽带接入网、小区局域网。1.3智能小区的设计标准为满足系统所选用的技术和设备的协调运行能力，以及系统投资的长期效应和系统功能扩展的需要，系统设计必须坚持系统的标

8、准性。设计涉及的所有设备和材料，除专门规定外，均依照下列标准规范进行设计，制造、检验和试验。在本设计中依据和遵循了以的技术规范:中华人民共和国安全防范行业标准ga/t74-94建筑智能化系统工程设计管理暂行规定建设部建筑和建筑群综合布线工程设计规范中国工程建设标准协会安全防范工程程序与要求ga/t75-94安全防范系统统用图形符号ga/t74-94防盗报警控制器通用技术条件gb12663-90防盗报警中心控制台gb/t16572-96入侵探测器通用技术条件gb10408. 1-98智能建筑设计标准gb/t 50314-2000民用闭路监视电视系统工程技术规范gb50198-94民用建筑电气设计

9、规范jgj/t16-92商用建筑线缆标准eia/tia-569高层民用建筑设计防火规范(gb 50045-95)建筑设计防火规范(gbj16-37)火灾自动报警设计规范(gbj116-88)火灾自动报警系统施工及验收规范(gbj50166-92)楼宇对讲电控防盗门通用技术条件ga/t72941.4国内外智能小区的发展概况1.4.1国际智能住宅的概况智能住宅的发展几乎与智能大厦同步。在1979年，美国斯坦福研究所就提出了在建筑物内将家用电器、电气设备的控制线统一为家庭总线的概念。之后，在美国成立了现代住宅研究会，专门从事这一领域的研究。1983年，美国电子工业协会开始制定家庭电气设计标准。198

10、4年，美国住宅建筑者协会成立了现代住宅开发公司，开展有关基础性研究工作，并在1989年推出了将电力供应、空调控制和数据通讯合成为整体的布线系统示范单元。 欧洲在1986年把集成化的家庭系统研究列为尤利卡计划，大力进行研究。在20世纪80年代，欧洲电气标准化委员会制定了家用数字总线标准，进一步规范化了智能住宅技术标准。1988年，美国电子工业协会制定了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准家庭自动化系统与通信标准，通常也称为家庭总线系统标准(hbs,home bus system)。该标准的提出为人们建设智能小区提供了一种准则，使智能小区的建设首先在欧美等一些发达国家发展起来。日本在80年代初就大力

11、推进家庭电子化。在80年代中期，将家用电器、保安设备、通讯设备功能综合后，提出了家庭自动化的新构想。日本建设省在推进智能小区概念时，以住宅的总线技术为契机，提出了家庭总线系统概念(hbs, home bus system) , 1986年邮政省与通产省组织日本电子机械工业协会与电波技术协会共同组建hbs标准委员会，并于1988年9月制定了hbs标准。1988年初日本住宅信息化推进协会在通产省、邮政省和建设省三个部的支持下成立了，提出住宅区内所有住宅的信息管理采用超级家庭总线技术。目前，欧美及日本一些发达国家，在推进住宅的智能化系统标准化的同时，注重“以人为本”、“节能为重”和“环境优先”等原则

12、;并由功能出发，对住宅智能化以“舒适、安全、方便”为目标，对物业管理以“高效、周到、系统”为目标。1996年，日本推出多媒体技术引入智能住宅，并取得重要研究成果。1.4.2国内智能小区的概况改革开放以来，人民的生活水平有了很大的提高，居住条件得以很大改善，居民住宅的建设标准逐步提高。在我国，智能住宅与智能小区的起步比较晚，但发展速度却非常迅猛。 1994年建设部正式提出了小康住宅的概念并且推出了小康住宅设计标准。1994年，国家科委立项资助重大科技项目”2000年小康型城住宅产业“工程项目，其目标是以科技为先导，以示范住宅小区建设为载体，推进我国住宅产业现代化，构建新一代住宅产业。该项目于19

13、95年正式启动。1995年在中国建筑电气专业委员会年会上，正式提出智能住宅的概念。1997年初，上海华东建筑设计研究院、大连建筑设计院等全国多所著名设计院共同起草了小康住宅电气设计(标准)导则，推出五项标准，即安全性、生活环境、通信方式、信息服务、家庭智能化系统。1999年1月，建设部住宅产业化办公室提出：住宅小区智能化是利用现代4c（即计算机、通信与网络、自控、ic卡）技术，通过有交往的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。1999年12月建设部住宅产业化办公

14、室制定僵住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则和2000年7月建设部和国家技术监督局联合发布的国家标准智能建筑设计标准（gb/t50314-2000）对智能小区的系统、功能、硬件配置和软件等作了明确的规定，主工程设计和施工提供了有力的支持。2003年7月经中国建设部批准，由中国建设部住宅产业促进中心和中国建筑科学研究院共同主持编制了居住区智能化系统配置与技术要求行业产品标准出台，为智能小区的开发和建设提供了进一步依据。1.5智能小区的未来发展趋势1.5.1智能小区在我国的发展前景由于我国大城市人口密集，居住集中，高层住宅楼群较为普及，以及现代高新技术的推广应用，导致了人们在住房需求概念上

15、的变革。从以往追求居住的物理空间和豪华的装修向着享受现代化精神内涵与浪漫生活情趣的方向发展。因此，尽管智能住宅在我国刚刚起步，但却有着十分广阔的发展前景，市场潜力巨大，必将成为我国这个世纪市场的主流。1.5.2智能小区.net发展方向智能建筑的发展始终伴随着时代科学技术的进步。2001年11月由微软公司提出的.net战略实施目标，不再关注单个的网站和与互联网连接的单个设备，而是要让所有的计算机群、相关设备和服务商协同工作，提供更加广泛和丰富的完全web化解决方案。这样一来，用户将能够把供应商所提供的产品与服务严密地嵌入自己的电子设备构架中。不仅微软要这样做，linux, java, oracl

16、e也会这样做。所以说.net是智能小区系统集成所需要的理想环境。.net将推动互联网的一次革命，将html格式的表述升格为xml格式的可编程信息。智能建筑.net发展战略实施目标，以原有的小区智能化技术基础上进一步融入.net关键性技术xml和基于全套web集群服务器系列的柔性与集成，提供基于现有微软技术平台的具有高度可扩展性web化建筑物和住宅小区智能化集成解决方案。创立基于internet/intranet网络化的智能建筑服务和管理的信息系统集成平台，目标就是将建筑物和住宅小区内的自动化监控系统与网络和信息应用系统集成在一个动态、交互和实时的管理和服务的平台上。将建筑物和住宅小区传统的物业

17、管理与网络化、信息化、自动化的应用功能结合在一起,实现综合信息共享和交互，设备协同运作，管理网络信息化。1.5.3智能小区移动、无线发展方向智能小区中除了应用有线网之外，越来越多人认识到无线宽带网络智能小区带来的好处，它始终是与宽带有线网络平行发展和互补发展的技术，特别是在办公楼的办公室，智能住宅的家居里有着广泛应用前景。未来的家电与网络连接主要是无线在短距离发挥着不容替代的作用，使用它可以减少建筑费用，实现个人局域网，它是旧楼智能改造的主流技术，如“蓝牙”无线产品，ird红外rfhome等产品。1.5.4住宅小区智能化系统的绿色化人民生活水平的不断提高，住宅条件也不断改善，住宅小区也从单纯意

18、义上的“居住”需要扩展到了对居住功能、居住生态环境以及人文内涵等更高的要求。住宅小区智能化系统如何在“智能”的同时走向“绿色”，使住宅小区智能化系统实现环保节能逐渐成为了住宅发展的一个新课题。“绿色智能住宅小区”的概念也同时产生了。在生态文明的新时期，人类应站在可持续发展的高度，正确平衡人对自然的权利和义务，使人类由牺牲环境为代价换来的黑色文明转变为以建立人与自然和谐发展为特征的“绿色文明”。1.6课题背景改革开放以来，人民的生活水平有了很大的提高，居住条件得到很大改善，居民住宅的建设标准逐步提高，人们对住房的要求不再仅局限于房屋的面积、装修、周边环境、交通等硬件条件上，而是把目光放在了家居智

19、能化、数字化、人性化等这些能够给用户生活方式带来增殖服务的领域。目前，建设部正在全力推动以“智能化住宅”为切入点的整个行业的信息化，使网络技术、信息技术、智能控制技术结合于住宅开发，服务于住宅建设，以提高住宅的质量与功能，并将多学科性、多技术综合运用的智能化住宅定为住宅建设的发展方向。但由于智能建筑在我国起步较晚，近几年才有较大的发展，智能建筑技术在住宅及其小区中的运用正处于探索发展的阶段，还存在不少问题，与国外相比，智能建筑技术的整体应用水平不是很高，相关技术产品功能单一与系统的规划设计尚不适应市场的需求。基于上述原因，通过对国内、外智能住宅及其小区建设的有关资料进行大量的查阅与研究后，本设

20、计针对智能小区进行了系统论述。2 rs-485总线随着计算机技术、网络技术和数字技术的发展，需要解决多级站、远距离通信。rs-85总线的远距离、多节点、设备简、成本低的优点，使其在许多领域得到了广泛的应用。2.1 rs-485总线的发展rs-232, rs-422与rs-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业防会(eia)制订并发布的，rs-232在1962年发布，命名为eia-232-e，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。rs-422由rs-232发展而来，它是为弥补rs-232之不足而提出的。为改进rs-232通信距离短、速率低的缺点，rs-422定义了一种平衡通信接口，

21、将传输速率提高到10mb/s,传输距离延长到4000英尺(速率低于100kb/s时)，并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收，rs-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为tia/eia-422-a标准。为扩展应用范围，eia又于1983年在rs-422基础上制定了rs-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加发送器驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命为tia/eia-485-a标准。由于eia提出的建议标准都是以“rs”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以rs作前缀称谓。rs-232, rs-422与r

22、s-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或防议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信防议。2.2 eia rs-485标准在rs-422标准的基础上，eia研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的rs-485总线标准。其采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，rs -485的远距离、多节点(32个)以及传输线成本低的特性，使得eia rs-485成为工业应用中的首选标准。具体规格要求:1) 接收器的输入电阻；2) 驱动器能输出7v的共模电压；3) 输入端的电容簇50pf；4) 在节点数为32个，配置了120 sz的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1

23、.5v(终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关)；5) 接收器的输入灵敏度为200mv（12k2.3.1网络节点个数 网络节点数与所选芯片驱动能力和接收器的输人阻抗有关，rs-485标准规定了最大总线负载为32个单位负载(nl),对应于标准接收器的输人阻抗可通过增大收发器输人电阻来扩展总线节点数。实际使用节点数均达不到理论值。通常推荐节点数按芯片最大值的70%，传输速率在12009600bps之间选取。通信距离1km以内考虑选用4800bps最佳。2.3.2引出线距离 采用一条单一连续的双绞线电缆作总线，每个串接收发器节点通过一段引出线接入总线。从总线到每个节点的引出线长度应尽量缩短，将反射信号

24、对总线信号的影响降到最低程度。系统所能允许的引出线长度也和信号的转换时间、数据速率有关，在选择接口器件时最好根据系统要求选择低速率的器件。引出线小于10m的节点采用t型时连接对网络匹配并无太大影响，但对于节点间距非常小(小于lm，如led模块组合屏)应采用星型连接。2.3.3通讯电缆长度 由于信号传输线存在欧姆阻抗、集肤效应等，对特定的传输线从发生器到负载其数据传输所允许的最大电缆长度是数据信号速率的函数。随着数据率的增加，通信距离减小。rs-85标准通信的最大传输距离为1200米，通信速率限制在93.75kbps，最大允许的信号损失为6dbv;当通信距离为100米时，通信速率可达12mbps

25、。通信距离1km以上时，应考虑通过增加中继模块或降低速率的方法提高数据传输可靠性。2.3.4 rs-485总线的负载能力和传输距离的关系 驱动器输出电压的大小和总线上带负载数的多少成反比，传输过程中的损耗的大小和总线长度成反比，其它参数只和驱动器类型有关。因此，总线上在通信波特率一定的情况下，信号能传输的最大距离与带负载数的多少直接相关。在总线允许的范围内，带负载数越多，信号能传输的距离就越小;带负载数少，信号能传输的距离就越远。2.4 rs-485电气规定 由于rs-485是从rs-422基础上发展而来的，所以rs-485许多电气规定rs-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接

26、终接电阻等。rs-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信，如图2.1： 图2.1 二线制 图2.2 四线制而采用四线连接时，与rs-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主(master)设备，其余为从设备，但它比rs-422有改进，如图2.2。无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。rs-485满足所有rs-422的规范，所以rs-485的驱动器可以用在rs-422网络中应用。rs-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。2.5 rs-485总线

27、应用原则 rs-485支持半双工或全双工模式，网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络，最好采用一条总线将各个节点串接起来。从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。 标准没有规定总线上允许连接的收发器数量，但规定了最大总线负载为32个单位负载(ul)，可通过增大收发器输入电阻来扩展总线节点数。例如输入电阻增加至48k以上(1/4ul)，节点数就可增加至128个。是否对rs-485总线进行终端匹配取决于数据传输速率、电缆长度及信号转换速率。在短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配。那么在什么情况下不用考虑匹配呢?理论上，在每个接收数据信

28、号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。经验表明，当信号的转换时间上升或下降时间超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。一种比较省电的匹配方式是rc匹配，如图2.3。利用一只电容c隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容c的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。还有一种采用二极管的匹配方法，如图2.4。这种方案虽未实现真正的“匹配”，但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的，节能效果显著。rs-485总线上的每个收发器通过一段引出线接入总线。引出线过长时由于信号在引出线中的反射也会影响总线上的信号质量，系统所

29、能允许的引出线长度 图2.3 rc匹配法图2.4 二极管的匹配法也和信号的转换时间、数据速率有关，下面的经验公式可以用来估算引出线的最大长度：。减缓信号的前后沿斜率有利于降低对于总线匹配引出线长度的要求和改善信号质量，同时还可使信号中的高频成分降低，减少电磁辐射。因此有些接口器件中增加了摆率限制电路来减缓信号前后沿，但这种做法也限制了数据传输速率，由此看来在选择接口器件时并不是速率越高越好，应该根据系统要求选择最低速率的器件。2.6 rs-485总线常见故障及分析在各种现场中，485总线应用的非常的广泛，但是485总线比较容易出现故障，现在将485总线容易出现故障的情况并且可以排除这些故障的方

30、法介绍如下：1）由于485信号使用的是一对非平衡差分信号，意味485网络中的每一个设备都必须通过一个信号回路连接到地，以减少数据线上的噪音，所以数据线最好由双绞线组成，并且在外面加上屏蔽层作为地线，将485网络中485设备连接起来，并且在一个点可靠接地。2）在工业现场当中，现场情况非常复杂，各个节点之间存在很高的共模电压，485接口使用的是差分传输方式，有抗共模干扰能力，但是当共模电压大于+12v或者小于-9v时，超过485接收器的极限接收电压。接收器就无法工作。可以在485总线中使用光隔离中继器，将485信号及电源完全隔离，从而消除共模电压的影响。3）485总线中485节点要尽量减少与主干之

31、间的距离，一般建议485总线采用总线拓扑结构，星型结构会产生反射信号，影响485通信质量。 4）485总线的负载能力的因素：通讯距离，线材的品质，波特率，转换器供电能力，485设备的防雷保护，485芯片的选择。如果485总线上的485设备比较多的话，建议使用带有电源的485转换器，无源型的485转换器由于时从串口窃电，供电能力不是很足，负载能力不够。选择高负载能力的485芯片，都可以提高485总线的负载能力。485设备的防雷保护中的防雷管会吸收电压，导致485总线负载能力降低，去掉防雷保护可以提高485总线负载能力。3 信息网络系统智能小区的信息网络系统是完成小区信息传输的高速通道,实现小区语

32、音信号、数据信号、视频信号等的传输。主要包括有线电视网、小区局域网、宽带接入网等。下面分别系统地介绍这三种网络子系统。3.1有线电视网闭路电视采用同轴电缆、光缆或其组合作为信号传输图像介质，传输图像信号、声音信号和控制信号，故又称电缆电视或有线电视。由于这些信号在封闭的线缆中传输，信号传输过程中不向空间辐射电磁波，所以又称为闭路电视系统，以区别于电视台无线传播的开路电视系统。随着电子技术、通信技术和计算机技术的不断发展，闭路电视技术也得到了习速的发展，可归为以下几点：1)大型化、多路化目前的闭路电视系统用户达到几十万户以上，同时传输几十套节目。2)系统功能强闭路电视系统可以与外界电话通信网、电

33、化教育网、微波网等连成网络，能够进行vhf和uhf电视节目、fm调频广播节目、传真、数据传输和电化教育等信号的传输，组成一个宽带通信的综合业务系统。3)进行双向传输信息中心可以通过网络接受用户的请求向用户终端提供所需信息，进行图像数据双向通信。4)光纤作为传输介质光导纤维的应用为闭路电视的发展在扩大用户、增加功能、提高质量和延长传输距离等等方面提供了有利条件。5)卫星接收系统利用卫星传送电视节目，解决了点对点远地信号传送问题以及直播卫星电视的集体接收问题，采用一套质量优良的直播卫星电视接收设备，为广大电视用户提供多套高质量电视节目。3.1.1 功能要求及分析1）合适的终端电平。非邻频系统的终端

34、电平可取， 邻频系统的终端电平可取，从而使得用户获得最佳的收看效果。2）较高的系统载噪声比、交扰调制比、载波互调比、交扰调制比、载波互调比。系统载噪比、交扰调制比和载波互调比最小设计值就符合表3.1的规定。表3.1 最小设计值项目设计值载噪比（c/n） 44交扰调制比（cm）47载波互调比（im）583）系统输出口频道间的电平差的设计值 系统输出口频道间的电平差的设计值不应大于表3.2的规定。表3.2 系统输出口频道间的电平差的设计值 频道频段系统输出口电平差任意频道超高频段13甚高频段10甚高频段中任意60mhz内6超高频段中任意100mhz内7相邻频道23.1.2 有线电视网组成及设备选择

35、有线电视网一般由vcd、dvd、卫星天线、功分器、接收机、调制器、混合器、放大器、分配器等组成,有线电视网结构框图如下图所示：图3.1有线电视网结构框图1）信号源 接收天线可将空间的电视信号转换为电路中的高频电流。即把空间的电磁波在接收天一中感应电动势，通过馈线形成载有电视信号的高频电流，馈送给前端设备；可增加接收电视信号的接收距离，若发射天线离地高度为h1（m），接收天线离地面高度为h2（m），则电磁波的传播距离为，其中d为电磁波传播距离。主要的性能指标有：增益，半功率角，前后比，驻波比等。本系统选用sck90-g/p卫星天线，口径90cm, c波段增益31.7db, ku波段增益39.82

36、db。2）接收机将来自高频头的信号进行处理，分解出音频信号、视频信号。我国规定输入信号频率（第一中频）范围为9701470mhz，解调器门限值应db,视频带宽达6mhz，我国采用pal-d电视制式（进口机多为ntsc制式）。本系统选用mw-dsr 3100ci/3101ci接收机。其采用高性能的conexant cx24142芯片方案，133mhz主频解码芯片组，主要技术指标均符合dvb-s/mpeg-2标准和广电总局颁发的。该机是一款具有双路common interface接口,支持多种加密方式的数字卫星接收机,mw-dsr 3100ci为家用型数字卫星接收机,mw-dsr 3101ci为工

37、程型数字卫星接收机。3）功分器功分器的作用是把经过线性放大器放大后的第一中频信号（9501450mhz）均等地分成若干路以供多台卫星接收机看多套电视节目之用，实现一个卫星天线能够同时接收几个电视节目或供多个用户分别使用。按分配的路数有2路、3路、4路等。本系统选用bg-p-2500功分器,可将9002400mhz的卫星信号2、4、6、8路均衡输出。插入损耗小，隔离度高，安装使用方便，能很好地满足卫星信号分配要求。4）调制器前端的录像机、摄像机和卫星接收机输出视频图像与伴音信号，被调制在某一频道射频载波上，成为全电视信号，才能进入混合器与其他频道信号混合。调节器制方案大致可分为直接高频调制和中频

38、调制加变频两种。前一种方案很难达到邻频传输系统的要求。后一种方案具有类似于信号处理器的优点。本系统选用mw-dqm -4010调制器,符合gy/t170-2001兼容itu-t j.83标准及欧洲标准ets300429、en50083-9,输入接口为异步串行接口（asi）和同步并行接口（spi），自动选择激活接口,提供asi输入及ds3电信输入接口,自动码流填充及智能空包删除,输入传输流的有效比特率：156mbps。 5）混合器混合器把几个信号合并为一路而又不产生相互影响，而且能阻止其他信号通过的滤波型混合器；也可以把多个单频道放大器输出的不同频道的电视信号合为一路，再传输到各电视用户选用。按

39、输入的路（频道）数划分有2路混合、5路混合、7路混合等。本系统选用lzh12/16混合器，根据国家catv标准，为多频道及邻频系统设计，可将862mhz的12/16路射频信号混合输出，送至传输系统。稳定性好，隔离度高。6）放大器作用是放大电视信号，放大器有天线变压器、频道放大器、线路变压器、分配放大器等多种。放大器的性能指标有：最大输出电平、频带宽度、增益、输入电平、噪声系数、电压驻波比、交扰调制（m0）46db）、相互调制（m54db）。本系统选用mw-ble -m31/m32。其是针对hfc网络设备体积更小、带宽更宽、输出电平更高等发展变化而设计的新一代干线（分配）放大器，性价比更高，可靠

40、性更好，广泛适用于hfc网络以及传统的同轴电缆网络干线和分配系统。 7）分配器把混合器或放大器送来的信号平均分成若干份，送给几条干线，向不同的用户区提供电视信号，并能电视信号，并能保证各部分得到良好的匹配，同时保持各传输干线及各输出端之间的隔离度。按根本器的端数可分为2分配器、分配器、分配器。本系统选用3813a。室外catv干线专用，具有良好的防水性设计，铝合金压铸成型，防腐蚀烤漆，耐候性能好。3.1.3系统工作原理来自信号源如录像机、vcd、dvd、摄像机等的信号经过解调后，再把经过处理的各路信号进行混合，把多路（套）电视信号转换成一路含有多套电视节目的宽带复合信号，然后经过分支、分配、放

41、大等处理后变成高电平宽带复合信号，送往干线传输分配部分的电缆始端，将该复合信号合理分配给各个用户。3.1.4有线电视网图图3.2 有线电视网图3.1.5 系统设备清单(见附表1)3.2基于以太网的智能小区网络方案3.2.1以太网概述1973年，施乐公司palo alt。研究中心的两位研究人员:robert meltacafe和david boggs，为了连接实验室的多个计算机设备，开发出了以太网技术。以太网的时钟取自于alt。的系统时钟，最初数据传输速率为2.94 mbps 。meltacafe将这项技术命名为“以太网”。以太网的传输速度从最初的10mbps逐步扩展到100mbps、10gbp

42、s，以太网的价格也跟随摩尔定律以及规模经济而迅速下降。同时，随着用户迅速膨胀到数以亿计，网络的价值越发无可估量。如今，以太网己经成为局域网中的主导网络技术，而且随着吉比以太网的出现，以太网已经开始向城域网大步迈进。现在的关键是确立一个标准，该标准可以将10g以太网引入城域网，并最终推广到广域网。最初的以太网共享传输介质，其带宽为10mbps，使用效率和传输距离都不理想。20世纪90年代交换式以太网的产生解决了上述问题，并先后出现了快速以太网fe（100mbps)和吉比特以太网gbe ( 1000mbps)及万兆以太网10gbe (10gbps)。以太网的帧格式适合于传输ip数据，随着ip协议在

43、各种网络上的广泛应用，以太网也被大量使用。如果接入网也采用以太网，则将形成从局域网、接入网、城域网到广域网全部是以太网的结构。各网之间无缝连接，不需要任何格式转换。3.2.2 ethernet的技术特点与工作原理 1) ethernet 的技术核心是它的随机争用介质访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听访问cdma/cd（carrier sense multiple access with collision detection）方法。csma/cd方法用来解决多结点如何共享公用总线传输介质的问题在以太网中，任何连网结点都没有可能预约的发送时间，它们的发送都是随机的，并且网中不存在集中控制的结

44、点，网占结点都必须平等地争用发送时间，这种介质访问控制控制属于随机急用型方法，ieee802.3标准是在以太网规范的基础上制定的. 2) 在以太网中,如果一个结点要发送数据,它将以”广播”方式把数据通过作为公共传输介质的总路线发送出去,边在总路线上的所有结点都能”收听”到发送结点发送的数据信号.由于网中所有结点都要以利用总线传输介质发送数据,并且网中没有控制中心因此冲突的发生将是不可避免的.为了有交往地实现健在式多结点访问公共传输介质的控制策略,csma/cd的发送流程可简单地概括四点:先听后发,边听边发,冲突停止,随机延迟后重发。采用csma/cd介质访问控制方法的总线型局域网中，每一个结点

45、利用部线发送数据时，首先要侦听总线的忙、闲状态。如总路线上已经有数据信号传输，则为总路线忙状态；如果子酱不念旧恶结准备好发送的数据帧，并且此时总线空闲，它就可以启动发送。图3.3 csma/cd方法的总线型局域网的工作过程同时也存在着这种可能，那就是在几乎相同的时刻，有两个或两个以上结点发送了数据，那么就会产生冲突，因此结点在发送数据的同时应该进行冲突检测。采用csma/cd介质访问控制方法的总路线型工作过程如图所示。所谓冲突检测是发送结点在发送同时，将其发送信号小型 与从总线上接收到的信号波形进行比较。如果总线上同时出现两或两个以上的发送信号，它们叠加后的信号小型将不等于任何结

46、点发送的信号小型。当发送结点发现自己发送的信号波形与从总线上接收到的信号波形不一致时，表示总线上有多个结点在同时发送数据，冲突已经产生。如果在发送数据过程中没有检测出冲突，结点在发送结束后进入正常结束状态；如果在发送数据过程中检测出冲突，为了解决信道争用冲突，结点停止发送数据，随机延迟后重发。因此，以太网中任何一个结点发送数据都要首先争取总线使用权，那么结点从它准备发送数据到成功发送数据的发送等待延迟时间是不csma/cd介质访问控制方法可以有效地控制多结点对共享总线传输介质的访问，方法简单，易于实现。3.2.3智能化住宅小区以太网方案设计ieee802.3定义了10mbps的以太网标准，采用

47、csma/cd协议，以半双工方式运行。从20世纪80年代末开始以太网取得了巨大的成功。10base-t是运行在3类或更高类别的双绞线上的以太网，lobase-2/5是运行在同轴电缆上的以太网，10base-fl是运行在光纤上的以太网。10base-fl最大的覆盖距离为2km,lobase-t在一个网段内的最大覆盖距离为100m。ieee802.3u定义了100mbps的快速以太网标准，它可以用半双工的方式运行csma/cd协议，也可以有全双工的方式，由于快速以太网对以太网的后向兼容性，20世纪90年代中后期，快速以太网成为局域网中的主流技术。1995年9月ieee802委员会正式批准了fast

48、 ethernet标准ieee802.3u。ieee802.3u标准是在llc子层使用ieee802标准,在mac子层使用csma/cd方法只是在物理层作了些调整,定义了新的物理层标准100base-t。100base-t标准采用介质独立接口（mii，media indepandent interface）,它将mac子层与物理层分隔开来，使得物理层在实现100mbps速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响mac子层。100base-t可以支持多种传输介质，目前制定了三种有关传输介质的标准：100-tx、100base-t4、100base-fx。100base-tx支持2对5类u

49、tp或2对1类stp。1对5类非屏蔽双绞线或1对1类屏蔽双绞线就可以发送，而另1对双绞线可以用于接收，因此100base-tx是一个全双工系统，每个结点都可以同时以100mbps的速率发送与接收。100base-t4 支持4对3类utp，其中有3对用于数据传输，1对用于冲突检测。100base-fx支持2芯的多模或单模光纤。100base-fx主要是用作调整主干网，从结点到集线器bub的距离可以达到2km，是一种全双式系统。千兆位以太网技术以简单的以太网技术为基础，为网络主干提供1gbps的带宽，千兆以太网是相当成功的10mbps以太网和100mbps快速以太网连接标准的扩展。现在千兆位以太网

50、成熟的标准为ieee 802.3z，ieee 802.3z的目标是:使用ieee 802.3帧格式;可以使用全双工和半双工;共享模式下仍使用csma/cd;对介质的向后兼容;传输速度比快速以太网提高十倍，比以太网提高一百倍。千兆以太网通过载波扩展(carrier extension)、采用带中继、交换功能的网络设备以及多种激光器和光纤将连接距离扩展到从500米至3000米。如采用1300nm激光器和50um的单膜光钎传输距离可以达到3km。gigabit ethernet的协议如图3.4所示。ieee 802.3z标准是llc子层使用ieee802.2标准,在mac子层使用csma/cd方法,

51、只是在物理层作了一些必要的调整,它定义了新的物理层标准(1000base-t).1000base-t标准定义了千兆以介质专用接口(gmii,gigabit media indepandent interface),它将mac子层与物理层分隔开来. 这样,物理层在实现1000mbps速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响mac子层。 图3.4 gigabit ethernet的协议结构1000base-t标准可以支持多种传输介质，目前1000base-t有以下三种有关传输介质的标准：1000base-t标准使用的是5类非屏蔽双绞线，双绞线长度可达到100m；1000base-cx标准

52、使用的是屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到25m；1000base-lx标准使用的是波长为1300的单模光纤，长度可达到3000m；1000base-sx标准使用提波长为850nm的多模光纤，长度可达到300550m。综合考虑，本设计中的小区以太网采用千兆位以太网技术(gigabit ethernet)。1）千兆以太网技术的优点技术简单，便于升级，从现有的传统以太网和快速以太网可以平滑地过渡到千兆以太网，并不需要掌握新的配置、管理与排除故障技术;网络投资可以得到保护，无需对用户进行培训，也无需为额外的网络协议进行投资;千兆以太网有良好的互操作性，并具有向后兼容性:端口价格相对较低;可以提供10倍于

53、快速以太网的传输速度。千兆位以太网能够提供更高的带宽，并且成为有强大伸缩性的以太网家族的第三个成员。利用交换机或路由器可以与现有低速的以太网用户和设备连接起来，因为千兆位以太网的帧格式和帧大小等都与所有以太网技术相同，不需要对网络做任何改变。这种升级方法使得千兆位以太网相对于其他高速网络技术而言，在经济和管理性能方面都是较好的选择。千兆位以太网的设计非常灵活，几乎对网络结构没有限制，可以是交换式、共享式的或基于路由器的。千兆位以太网可以通过价格便宜的共享集线器、交换机或路由器来实现。千兆位以太网支持新的交换机之间或交换机-工作站之间全双工的连接模式，同时也支持半双工连接模式以便与基于csma/

54、cd存取方式的共享集线器连接。2）基本的硬件设备千兆以太网的组网方法与普通以太网组网方法有一定的区别。如果要组建千兆以太网，需要使用以下基本硬件设备：1000mbps交换机,100mbps集线器或交换机,1000mbps以太网卡,10/100mbps自适应以太网卡与10mbps以太网卡,双绞线或光缆。 1000base系列网卡可以分为三种类型：1000base-t、1000base-lx与1000base-sx网卡。目前，使用最广的是1000base-t网卡。1000base-t网卡支持5类非屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到100m；1000base-lx网卡支持单模光纤，光纤长度可以达到300

55、0m；1000base-sx网卡支持多模光纤，光纤最大长度达到550m。1000base-t网卡支持5类非屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到100m；1000base-lx网卡支持波长为1300的单模光纤，光纤长度可以达到3000m；1000base-sx网卡支持波长为850nm的多模光纤，光纤长度可以达到300550m。在千兆以太网的组网工作中，如何合理分配网络带宽是很重要的，需要根据网络规模与布局来选择两级还是三级网络结构。在设计千兆位以太网结构时，需要注意以下几个个问题：l 一般来说，风张主干部分需要使用性能很好的千兆位以太网主干交换机，如cisco公司的catalyst 3550/3560/3750/4000系列或3com公司的superstsck9300系列交换机，以解决实际应用中的网络带宽瓶颈的问题。l 在网络支干部分使用性能稍低些的千兆位以太网支干交换机，例如可以选择cisco公司的catalyst 2940/2950/2970系列或3com公司的superstack 3300，可以满足实际应用对网络带宽的需求；l 在楼层级的网络中，根据实际需要选择100mbps集线器或交换机，例