建筑电气与智能化技术论文选题背景

1 概述1 楼宇智能化技术概况 随着经济的发展，人们对生活环境的安全、高效、舒适提出了要求，应运而生的楼宇智能化技术目前在我国各类建筑中得到了广泛应用，它是集建筑技术、计算机技术、自动化技术、通信技术以及系统集成技术为一体的一个新兴但发展又十分迅猛的技术领域。网络技术发展更是突飞猛进，计算机网络技术已广泛应用于工业、商业、金融、科研、教育、农业及日常生活等方面，已经在影响并逐步改变人们的工作生活方式。 智能建筑在国际上又称为 3A 建筑，它包括以下几个部分：BAS Building AutomationSystem为楼宇自动化系统、CAS Communication Automation System 为通信自动化系统、OAS Office Automation System为办公自动化系统，通过 SCS Structured CablingSystem结构化综合布线系统把上述三个系统有机结合起来。中国国家标准《智能建筑设计标准》GB /T50314-2000 中智能建筑IB 的定义是：它是以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通讯网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，给人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。楼宇自动化系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分，它利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种设备连接到一个控制网络上，通过网络对其进行综合的控制，这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设备、安防设备等等。它确保建筑物 内的舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求。2 楼宇智能化技术中网络技术的概况 智能建筑系统是将大楼内的若干个既相对独立又相互关联的系统组成具有一定规模的大系统。这其中计算机通信网络是智能建筑系统的神经系统，它把现有的分离设备、功能、信息组合到一个相互关联的、统一的、协调的系统之中，实现语音、数据、图像的综合传输、交换、处理和应用。 由于局域网具有全开放、成本低、带宽高、稳定性和可靠性高、应用广泛、共享资源丰富等优点，将其应用到工业网络己经成为国内外工业控制领域研究的热点。工业局域网可以利用互联网技术，给工业自动化领域中的每台设备赋予一个 IP 地址，将现场设备通过各种途径连接在互联网上。这些设备可以通过网络互相传递信息和数据，因而具有了远程维护功能并能从 Internet 获取信息。近年，企业、科研机构都在研究开发各种带局域网络接口的现场设备，并且这些网络接口已应用于生产现场。很自然，局域网络技术也同样进入了楼宇自动化系统的研究领域。目前，局域网多用于基于现场总线的楼宇自控网络集成到智能建筑信息管理网络这一环节，即 Ethernet 总线技术。在一些新开发的楼宇自控系统中，局域网直接进入了控制层，如北京楼宇自动化中心开发的基于局域网的 ENC-20011P 智能建筑测控系统。 在楼宇自动化系统中采用局域网的优点是实现了从管理层到现场设备控制层通信协议的兼容和统一，这样，系统扩展起来也比较方便，与智能建筑中其它系统通信自动化系统和办公自动化系统集成起来也更加容易。但它也存在缺点：首先，目前开发基于局域网的控制系统产品的难度较大，开发费用和成本相对较高，用户可以选择的厂商也很有限，垄断利润较高，研发成本还没有被消化，这些都导致产品价格过高；其次，局域网的实时性、可靠性等方面还有待进一步完善。3 研究目标 为了实现我们的研究目标，在此将采用理论和实际相结合的原则。在理论方面，我们需要掌握和分析局域网的核心技术 VLAN 技术，例如为什么要采用该项技术，它存在哪些优缺点，以及整个智能楼宇通信系统在实际当中是如何规划和实现的；在实际应用中，需要将技术理论同实际情况相结合，根据具体的实际需求合理的分配有限的资源，力争达到最优的组网效果。最后，还要运用现已掌握的技术手段，对硬件系统进行合理的优化配置，尽最大努力使之实际运行效果接近理论值，也就是利用华为公司所提供的数据通信设备实现最佳的系统性能。除此之外，还需要在研究过程中不断的发现问题，解决问题，在具体的实践当中寻找“捷径”，提高我们的工作效率，寻找更有效的研究方法。 在此将采用华为技术有限公司提供的数据通信设备，如二层、三层交换机，路由器，进行智能楼宇的组网设计，通过对数据通信技术原理和设备硬件知识的研究，根据实际的用户需求，合理的对硬件系统进行配置，提供最优的方案来解决实际的组网设计问题。 2 局域网技术1 局域网的定义 由于连接介质的不同，通信协议的不同，计算机网络的种类划分方法名目繁多。但一般来讲，计算机网络可以按照它覆盖的地理范围，划分成局域网和广域网，以及介于局域网和广域网之间的城域网（MAN，Metropolitan Area Network）。本部分重点介绍局域网。 局域网-LAN（Local Area Network） 是将小区域内的各种通信设备互连在一起所形成的网络，覆盖范围一般局限在房间、大楼或园区内。局域网一般指分布于几公里范围内的网络，局域网的特点是：距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠。标准（standard）是广泛使用的、或者由官方规定的一套规则和程序。标准描述了协议的规定，设定了保障网络通信的最简性能集。IEEE X 标准是当今居于主导地位的 LAN 标准。 目前我国常见的局域网类型包括：以太网（Ethernet）、异步传输模式（ATM，AsynchronousTransfer Mode）等，它们在拓扑结构、传输介质、传输速率、数据格式等多方面都有许多不同。其中应用最广泛的当属以太网—— 一种总线结构的 LAN，是目前发展最迅速、也最经济的局域网。2 以太网技术1 以太网的应用 以太网设计的初衷，就是把一些计算机联系起来进行文件共享和数据库记录的传输。到目前为止，在计算机互连这个领域，以太网仍然是最活跃的技术，但已经不再局限于这个领域，在其他一些领域，以太网也大显身手，表现不俗。下面是以太网的主要应用领域： 计算机互连：这是以太网技术的主要目标，也是最成熟的应用范围。最开始的时候，许多计算机通过同轴电缆连接起来，互相访问共享的目录，或访问在同一个物理网段上的文件服务器，各个计算机（不论是服务器还是客户机）在网络上的地位相同。随着应用的发展，这种平等的结构逐渐不适应实际的需要，因为网络上的大部分流量都是客户机跟服务器之间的，这种流量模型必然在服务器上形成瓶径。当全双工以太网和以太网交换机引入以太网之后，这种情况有所改变，取代的是把服务器连接到以太网交换机的一个告诉端口（100M）上，把其他客户机连接到以太网交换机的低速端口上，这样就暂缓了瓶颈的形成。现代的操作系统提供分布式服务和数据仓库服务，基于这些操作系统的服务器除了跟客户机通信之外，还要跟其他服务器交换大量的信息进行数据的同步，这样传统的 100M 快速以太网就不能满足要求了，于是 1000M 以太网应运而生。 高速网络设备之间互连：随着 INTERNET 的不断发展，一些传统的网络设备，比如路由器，之间的带宽已经不能满足要求，需要更高更有效率的互连技术来连接这些网络设备构成 INTERNET 的骨干，1000M 以太网成了首选的技术。传统的 100M 也可以应用在这些场合，因为这些 100M 的快速以太网链路可以经过聚合，形成快速以太网通道，速度可以达到 100M——1000M 的范围。 城域网中用户接入的手段：用户通过以太网技术接入城域网，实现上网，文件下载，视频点播等业务，已经变得越来越流行。之所以用以太网作为城域网的接入手段，是因为现在的计算机都支持以太网卡，这样对用户来说，不用更改任何软件和硬件配置就可以正常上网。 可以看出，以太网技术已经覆盖了网络的方方面面，从骨干网到接入网，从计算机网络到工业应用，无处不见以太网的影子。2 以太网物理层 根据 ISO 的 OSI 七层参考模型，物理层规定了两个设之间的物理接口，以及该接口的电气特性，规程特性，机械特性等内容，以太网的物理层也不外乎这些内容，它主要的功能是提供一种物理层面的标准，各个厂家只要按照这个标准生产网络设备就可以进行互通。下面从介绍这些物理层标准开始，来分析一下以太网的物理层基础结构。 从以太网诞生到目前为止，成熟应用的以太网物理层标准主要有以下几种：10BASE2 、 10BASE5 、 100BASE-TX 、 100BASE-T2 、 100BASE-T4 、 100BASE-FX 、1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CX、1000BASE-TX，在这些标准中，前面的 10，100，1000 分别代表运行速率；中间的 BASE 指传输的信号是基带方式；后边的 2，5 分别代表最大距离，比如，5 代表 50 米，2 代表 200 米等；TX，T2，T4，FX，SX，LX，CX 等应用于双绞线以太网和光纤以太网，含义如下： 100BASE-TX：运行在两对五类双绞线上的快速以太网； 100BASE-T4：运行在四对三类双绞线上的快速以太网； 100BASE-T2：运行在 2 对三类双绞线上的快速以太网； 100BASE-FX：运行在光纤上的快速以太网，光纤类型可以是单模也可以是多模； 1000BASE-SX：运行在多模光纤上的 1000M 以太网，S 指发出的光信号是长波长的形式； 1000BASE-LX：运行在单模光纤上的 1000M 以太网，L 指发出的光信号是短波长的形式； 在这些标准中，10BASE2，10BASE5 是同轴电缆的物理标准，现在已经基本被淘汰，10BASE-T 和 100BASE-TX 都是运行在五类双绞线上的以太网标准，所不同的是线路上信号的传输速率不同，10BASE-T 只能以 10M 的速度工作，而 100BASE-TX 则以100M 的速度工作，其他方面没有什么两样。100BASE-T2，100BASE-T4 现在很少用，所以我们这里只选择比较有代表性的 100BASE-TX 进行叙述。 100BASE-TX 是运行在两对五类双绞线上的快速以太网物理层技术，它除了规定运行的介质是五类或更高类双绞线外，还规定了设备之间的接口以及电平信号等。该标准规定设备和链路之间的接口采用 RJ-45 水晶头，电瓶采用5V 和-5V 交替的形式。五类双绞线的 8 跟线压入水晶头的 8 个线槽中，这样可以很容易的插入网络设备的网卡。 实际上，在进行数据的传输时仅仅用了五类双绞线的两对（四根）线，其中一对作为数据接收线，一对作为数据发送线，在进行数据接收和发送的时候，在一对线上传输极性相反的信号，这样可以避免互相干扰。需要注意的是，在连接两个相同的网络设备时（比如网卡），需要把线序进行交叉，因为线路两端的设备（比如网卡）的收发顺序是相同的，而两端设备要进行直接连接，其收发必须进行交叉，于是，必须在线路上进行交叉才能达到目的，如图 2-1 所示： 图 2-1 RJ45 交叉线示意图 但在跟不同类型的网络设备互连，比如终端计算机跟 HUB 或以太网交换机连接时，却不需要这样，因为这些网络设备的接口上已经做了交叉，也就是说，这些设备的网络接口跟普通计算机的收发顺序是不一致的，因而只要把五类双绞线直接按照原来顺序压入水晶头，就可以把两端的设备正常连接。 跟传统的同轴电缆不同的是，100BAST-TX（10BASE-T）的数据发送和数据接收使用了不同的线对，做到了分离，这样就隐含着一种全新的运做方式：全双工方式。在这种方式下，数据可以同时接收和发送而互不干扰，这样可以大大提高效率，不过这需要中间设备的支持，现在的以太网交换机就是这样一种设备。 在基于双绞线的以太网上，可以存在许多种不同的运做模式，在速度上有 10M，100M 不等，在双工模式上有全双工和半双工等，如果对每个接入网络的设备进行配置，则必然是一项很繁重的工作，而且不容易维护。于是，人们提出了自动协商技术来解决这种矛盾。需要注意的是，自动协商只运行在基于双绞线的以太网上，是一种物理层的概念。自动协商建立在一种低层的以太网机制上。在双绞线链路上，如果没有数据传输，链路并不是一直在空闲，而是不断的互相发送一种频率相对较低的脉冲信号（称为普通链路脉冲，NLP）如图 2-2 所示： 图 2-2 普通链路脉冲 任何具有双绞线接口的以太网卡都应该能识别这种信号。需要注意的是，如果在这些 NLP 之间在插入一些（一般是 16 个）更小的脉冲（这些脉冲称为快速链路脉冲，FLP），两端设备应该也能识别。于是，我们可以使用这些快速链路脉冲来进行少量的数据传输，来达到自动协商的目的。 在设备的网卡中有一个配置寄存器，该寄存器内部保留了该网卡能够支持的工作模式，比如该网卡可以支持 100M 和 10M 模式下运行，则把相应的寄存器内容置位。在网卡加电后，如果允许自动协商，则网卡就把自己的配置寄存器内容读出来，编码后通过FLP 发送出去，如图 2-3 所示： 运行速率 双工模式 流量控制 …

建筑电气与智能化是什么专业？建筑电气与智能化建筑电气与智能化专业 一般指本词条建筑电气与智能化专业培养具备智能室内环境设备系统及建筑公共设施系统的设计、安装调试、运行管理及国民经济各部门所需的特殊环境的研究开发的基础理论知识及能力，能在设计研究院、建筑工程公司、物业管理公司及相关的科研、生产、教学等单位从事工作的高级工程技术人才。中文名建筑电气与智能化专业外文名Building electrical and intelligent major专业代码081004一级学科工学开设院校同济大学、沈阳建筑大学等【百科专业甄选】 pick国内高校更多热门专业进入专题快速导航培养目标专业解析培养要求实践课程相近专业就业方向发展前景开设学院主干课程电气控制与可编程、建筑制图与识图、电工基础、电子技术基础、应用电机技术、微机原理与接口技术、电气CAD、建筑供配电、智能建筑环境学、建筑设备与自动化、建筑信息设施系统、公共安全技术等。核心知识领域：电路理论与电子技术、电气传动与控制、检测与控制、网络与通信、计算机应 用技术、建筑设备、土木工程基础、建筑智能环境学、建筑电气工程、建筑智能化工程、工程技术基 础、建筑节能技术。核心课程示例：示例一：电路理论（88学时）、电子技术基础（104学时）、自动控制原理（64学时）、计算机原 理及应用（48学时）、建筑设备（28学时）、计算机网络与通信（48学时）、智能建筑环境学（72学 时）、建筑供配电与照明（72学时）、建筑电气控制技术（40学时）、建筑设备自动化系统（50学 时）、公共安全技术（36学时）、建筑物信息设施系统（36学时）。示例二：电路理论（90学时）、模拟电子技术基础（78学时）、数字电子技术基础（54学时）、 自动控制原理（54学时）、计算机原理及接口技术（72学时）、数据通讯及计算机网络（54学时）、 电气控制技术（40学时）、建筑设备（32学时）、建筑智能环境学（72学时）、建筑供电与照明(72 学时)、建筑设备管理系统（46学时）、公共安全系统（36学时）、信息设施系统（40学时）、建筑智 能化系统集成技术（30学时）。示例三：建筑概论（36学时）、电路分析（76学时）、脉冲与数字电路（60学时）、信号与系统 （50学时）、线性电子线路（56学时）、微机原理与接口技术（80学时）、非线性电子线路（73学 时）、建筑智能环境学（30学时）、电机与电力拖动（40学时）、建筑设备（60学时）、智能建筑概论 （24学时）、建筑识图（24学时）、自动控制原理（64学时）、建筑电气（65学时）、安全防范系统 （42学时）、建筑电气与智能化工程设计（32学时）、照明技术（36学时）、网络与综合布线（54学 时）。[1]培养目标培养掌握建筑电气与智能化领域的基本理论和基本知识，具有工程实践应 用能力和创新意识，能够从事与该领域相关的工程设计、工程建设与管理、应用技术研究与开发 等工作的高级专门人才。[1]专业解析“建筑电气”是在土木工程学科背景下，研究以建筑物为载体的对电能的产生、传输、转换、控制、利用的专业。“建筑智能化”所涉及的相关技术是随着20世纪末智能建筑的兴起而发展的，需要由设备自动控制、通信技术、计算机网络、微电子信息技术等配合交叉实现。"建筑电气工程"是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学，它是介于土建和电气两大类学科之间的一门综合学科。经过多年的发展，它已经建立了自己完整的理论和技术体系，发展成为一门独立的学科。"中国电工技术学会"下设"工业与建筑电气应用专业委员会"，其出版刊物为《电气工程应用》。"中国建筑学会"下设"建筑电气分会"，其出版刊物《建筑电气》。教育部2000年新颁布的高等职业教育专业目录中已把"建筑电气工程"列为新的专业化方向。"建筑电气工程"主要包括：建筑供配电技术，建筑设备电气控制技术，电气照明技术，防雷、接地与电气安全技术，现代建筑电气自动化技术，现代建筑信息及传输技术等。

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