对智能楼宇的认识论文

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智能楼宇的核心是5A系统，智能楼宇就是通过综合布线系统将此5个系统进行有机的综合，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，使建筑物具有了安全、便利、高效、节能的特点。智能楼宇是一个边沿性交叉性的学科，涉及计算机技术、自动控制、通讯技术、建筑技术等，并且有越来越多的新技术在智能楼宇中应用。通过楼宇自控系统(这里指通常所说的小BA系统或狭义BA系统，采用先进的计算机控制技术，以丰富灵活的控制、管理软件和节能程序，使建筑物机电或建筑群内的设备有条不紊、综合协调、科学地运行，从而达到有效地保证建筑物内有舒适的工作环境、实现节能、节省维护管理工作量和运行费用的目的。早期的楼宇自动化系统通常只有楼宇设备自控系统。随着计算机技术、数字通信技术、控制技术以及微电子技术的发展，其他楼宇设备的自动控制系统也逐渐地被集成到楼宇自动化系统中，如火灾自动报警与消防灭火设备自动控制系统、智能卡设备自控系统等。现代智能建筑的楼宇自动化系统是一个高度集成、和谐互动、具有统一操作接口和界面的“高智商”的自动化系统。信息技术的飞速发展使楼宇自动化系统发生了本质的变化。在以往的智能建筑中，楼宇自动化系统通常与IT系统是分离的。随着企业级管理日益流行，开放系统技术以及Internet技术的发展，单纯的物业管理必将会纳入企业管理之中；专有通信协议的自动化系统将被开放通信协议的自动化系统所取代，并在整个楼宇自动化系统内实现完全互操作，Internet将会成为管理系统的基础设施之上，形成网络化的楼宇系统，真正成为企业级信息系统的一个子系统。网络化楼宇系统使楼宇自动化系统不仅具有统一的操作界面，而且使包含物业管理在内的企业管理更加高效。随着社会与科技的进步与发展，只有楼宇自动化系统所提供的建筑环境已无法适应信息技术的飞速发展和满足人们对建筑环境信息化、智能化的需求。1984年1月在美国康涅狄格州Hartford 竣工的 City Place 大楼的宣传材料中，第一次出现“智能建筑”一词，标志着“智能建筑”概念的形成。该大楼以当时最先进的技术来控制空调设备、照明设备、防灾和防盗系统、垂直交通运输（电梯设备）、通信和办公自动化等，除可实现舒适、安全的办公环境外，还具有高效、经济的优点。大楼的用户可以获得语音、文字、数据等各类信息服务，而大楼内的空调、供水、防火防盗、供配电等系统均为计算机控制，实现了自动化综合管理，为用户提供了舒适、方便和安全的建筑环境，引起全世界的关注。随后，智能建筑及其“建筑智能化系统”蓬勃发展，以美国和日本最为突出。此外，法国、瑞士、英国等欧洲国家和新加坡、马来西亚、香港等国家和地区的智能建筑也迅速发展。据有关统计，美国的智能建筑超过万幢，日本新建大楼中60%以上是智能建筑。我国智能建筑起步较晚，直到20世纪80年代末期才有较大的发展，但其迅猛的发展势头令世人瞩目。近几年来，在我国的北京、上海、广州、深圳等城市，相继建成了一批具有相当水平的智能建筑，如北京的发展大厦、上海的金茂大厦、深圳天安数码城等。当前国内的智能建筑开始转向大型公共建筑，例如会展中心、图书馆、体育场馆,乃至城市信息化小区。据国外媒体预测，近期在中国兴建的大型建筑将占全球的一半，21世纪全世界的智能建筑将有一半以上在中国建成。

伴随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，近些年来我国的楼宇自动化技术得到了长足的提升。下面是我精心推荐的一些楼宇自动化技术论文，希望你能有所感触!

楼宇自动化控制网络技术研究

【摘要】高层建筑、超大面积建筑越来越多的现代社会，如何实现对楼宇内零散分布的大型设备进行集中管理控制是影响楼宇运行是否良性运行的重要因素。这种分散式的控制需求也决定了全新自动化控制系统的诞生，它需要实现分散楼宇设备的监控、控制和测量。本文对比了楼宇自动化控制系统的发展历程中各种系统的优缺点，阐述了以太网对于楼宇自动化控制系统构建的意义，在遵循相关标准、原则和依据的基础上，讨论了楼宇自动化控制网络的组成、既定目标最后以以太网技术为基础，集成现场总线控制系统，创建OPC服务器实现通信接口数据高效传输和自动化控制系统设计。

【关键词】楼宇;自动化控制;网络;以太网;OPC

伴随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，近些年来我国的楼宇自动化控制技术得到了长足的提升。所谓楼宇自动化控制系统是一种基于科学技术进行高度自动化管理和控制的系统机制，通过这样一个网络控制平台实现对楼宇内各种设备的一键管理。这里的科学技术包含了计算机网络技术、自动化控制以及网络通信技术等，能够统一管理的设备则包括空调系统、温度系统、电梯、消防系统、照明设备等等。楼宇自动化控制系统可以大大减轻管理难度和人工成本，具有高效率性和环保节能性。可以说自动化控制网络系统的发展在一定程度上决定了智能楼宇未来的发展方向。

1 楼宇自动化控制系统的发展历程

楼宇自动化系统的发展历程

楼宇自动化控制系统紧握科学信息技术的发展潮流，在三四十余年时间里一共经历了四个阶段的发展历程。第一阶段是始于1970年代的CCMS中央监控系统。其原理为通过设置信息采集站于建筑物各处，然后将总线与中央站连接起来，创建CCMS中央监控系统。系统的枢纽是中央计算机，通过接收处理信息采集站的信息，做出相应的决策并发出命令，调节楼宇内设备的各项参数。第二阶段是1980年代的DCS集散控制系统。其实年代的信息采集器进化成了80年代的科技产物：数字控制器。通过为每一个数字控制器配置集散式控制系统计算机，每一个独立的数字控制器都可以显示、处理采集到的信息，只需要在其上布设一个起到监视作用的中央电脑，就可以实现分站完全自主处理信息的功能。第三阶段是1990年代的开放式集散系统。通过应用ON现场总线，布设三层结构的BAS控制网络系统，形成中央站、DDC分站、现场网络层的输入输出结构，这就使得整个系统更加具有开放性，对于系统的配置和管理也更加灵活。第四阶段是进入21世纪之后的网络集成系统。网络系统中具有一个中央主控站，将子系统进行优化组合，诸如消防、安全、照明、温度等，然后统一集成管理，更加方便快捷。

在跨越四十年的发展历程中，楼宇自动控制系统最大的变化就是现场总线控制系统(FCS)取代了分布式控制系统(DCS)。虽然DCS拥有较好的模拟、操作和管理性能，但是费用高、可靠性差、系统开放性差是制约其发展的瓶颈。而现场总线控制系统随着科学技术的发展而兴起，其上烙印了典型的现代科技，具有更高更强的可控性和科学性。它最大的优点就是简单了系统布线方法，提高了操作性和维护性，优化了实时性，并且降低了成本。

以太网开始进入楼宇自控领域

以太网一直都是局域网构建中的核心技术网络，而随着科技的进一步发展，以太网中的站点完成了单独收发数据信息的进化，这就减少了物理层数据的碰撞、拥塞和缓存，为楼宇自动化系统的开发设计提供了独特的思路。而在标准颁布之后，基于以太网的工业交换机产品大幅增加，基于现场总线的开放式以太网标准也纷纷涌现。比如ODVA、CI、HSE、Profinet等。以太网和现场总线控制系统的结合，弥补了各方的缺点，使得工业自控系统的设计逐渐成形，而其在工业控制领域的成功应用直接促成了其在楼宇控制系统中的快速发展，从最初的信息层道控制层，以太网被越来越多的应用。

太网的优点很明显，那就是实现了从信息网到控制层的完美过渡，实现了各层统一，对这样系统的开发和管理也就更加便捷，也实现了和智能楼宇中其他系统的快速完美融合。但是同时需要认识到时，以太网技术和现场总线控制系统的集成研究还处于起步阶段，因为科研成本较高，产品较少，就会导致用户选择不多同时推广性也会受到阻碍，还有就是以太网的维护性、实时性还需要时间的考证。

2 楼宇自动化系统的组成与基本功能

楼宇自动化系统的组成

楼宇自动化控制系统通常包括空调、消防、供电、电梯、安全管理、给排水等子系统。可以通过以太网技术，建立通讯网络，集成现场总线控制系统，建立控制层、管理层和设备层，实现操作站和网络控制单元之间的连接。采用传送控制协议/协议，建立用户数据协议，构建OPC服务器，既集中完成控制端对所有设备的管理，也可以实现用户对客户端的自由访问，而避免了亲自查看设备的繁冗过程。通过增加网络控制单元可以实现楼宇内每一个子系统的监控、共享和管理，通过相应的多种统计计算功能，可以在一定的情况下可以代替操作站功能，完成手提式应急信息处理和指令控制。

楼宇自动化系统的功能

楼宇自动化控制系统的基本功能有以下几点：

(1)实现对众多子系统启动和停止的控制、设备运行状态的监控。

(2)收集设备运行的历史数据，完成设备一生运行的技术性数据分析;

(3)根据外界环境的变化，自动调整设备运行参数;

(4)监视楼宇各系统运行中可能出现的故障及突发事件，并配置一整套处理方案;

(5)实现对水电、煤气等科学管理，节能高效自动;

(6)针对各子系统中的设备，保存一份包含运行档案、历史、维修情况的设备管理报表，以供参阅。

3 楼宇自动化控制网络系统设计方案

自动化控制系统设计总则楼宇自动化系统的最主要功能还是实现对楼宇内各个子系统的监控，采集运行数据，对比分析运算，保证在任何情况下设备都能正常运行，并且实现快捷简单的远程监控。最显著的优点就是大大减少了事故发生的概率，也就相应地延长了设备的使用寿命。通过这样集约化的控制和管理，实现对各子系统统一而有序的管理，使其健康运行，充分发挥各个系统的功能，为智能楼宇的建设打下坚实基础。这里以最具有代表性的高层、现代化智能大楼作为设计对象，就自动化控制网络系统的创设关键技术作简要阐述。

如同前文所述，楼宇自动化控制系统必须要首先保证子系统的高效运行，实现子系统有序运转和灵活自动运转，从而减轻人员管理，节约劳动力资源和资金成本。这里设计的系统主要是基于一般业主的要求和极高的性价比，采用最优化的方案设计出一套可以同时实现集中管理和分散管理的自控系统。比如著名的BACTalk楼宇管理系统，它是一种基于BMS的自控系统，可以将消防系统、保安系统、照明系统、电梯等集中在一个平台上进行控制，并且具有先进的现场控制器以及和其他系统设备的开放性接口。根据现代高层大楼的特点，设计一下需要主要监控的子系统：电梯系统、中央空调系统、照明共点系统、给排水系统等。

楼宇自动化控制网络系统设计的原则和依据

在设计一个楼宇自动系统时，必须遵循以下的原则。首先是可靠性。可靠性是检验一个自控系统是否合格的第一标准，优先采用分布式的控制系统，将自动控制的任务交给很多现场处理器完成，这样可以避免因为单独的处理器出现故障而影响整个系统健康运行的情况。可靠性的另一个表现就是系统数据采集和记录的准确性，不能误报，也不能有故障而不报，所以对于系统硬件和软件的要求极为严格。其次是灵活扩展性。楼宇自动系统和其他的网络系统一样，都会伴随着科学技术的发展而进行进化和升级。我们在建立了初始系统之后，应该考虑到伴随着科学信息技术的发展，原始系统势必要进行优化和升级，所以这对系统的可扩展性提出了一个新的要求。当然灵活性也很重要，主要表现在现场控制器的增减不能影响整个系统的性能，系统的组成和功能应用都必须具备灵活性，便于随着外界环境的改变而改变系统。第三是实用性。设计的系统总归是要应用的，这要求设计人员从高深的科学信息技术中提取出便于应用的普通知识，系统可以根据楼宇的多功能性实现不同需求的给予和完成。是否方便快捷是实用性是否合格的另一个标志。管理方式是否合理简约是检验一个系统是否成熟的重要标志，一个好的楼宇控制系统可以实现楼宇各子系统资料内容的完美综合，并且统一呈现在中央层，减小了管理难度。最后是经济性。我们要求系统的设计采取最为精准和尖端的技术，但是也要考虑到实际需求高度。采用现场处理器应该可以满足相当长时间之内的系统运转，所以要合理规划，切不可盲目投资。

楼宇自动化控制系统的设计首先要以相应的电气图纸和标准规范作为基础，然后需要满足国家及其他国际标准。比如建设设计防火系统、照明设计标准、电梯设计标准、空调安装及采风设计标准、工民建供电系统设计标准等等，对于需要设计的每一个子系统都应该按照国家相应的规范指导系统设计。

系统功能设计

设计的系统方案以以太网技术为基础，以此来实现各总线的集成。包含网络层、控制层和设备层三层结构。其中设备层网络技术依托CAN总线和Lonworks等，用以太网技术来实现管理层和控制层之间的通信。

依据前文所述，现场总线控制系统(FCS)更加开放、集散，同时便于维护、成本低，所以更加适合楼宇自动化控制系统的设计，辅以以太网技术，实现楼宇自动化控制。详细设计图见图1。

图1 以太网构成的楼宇自动化控制系统简图

自控系统的网络结构

设计的系统主要包括管理层、控制层和设备层。现场控制器之间的点对点通信构成的智能监控区域层就是控制层，CAN总线、Lonworks总线上都布设有监控节点;管理层则包括中央主控机和分系统的计算机系统，以太网技术构建管理层，管理层中的操作站可以控制中央计算机，对各子系统进行集成统一指令管理，并对系统中所有的数据进行分析和处理;设备层就是楼宇内的各机电设备，在控制层的管理下按照预设程序运转。

自控系统集成技术

OPC技术可以标准化控制层和管理层之间的设备数据信息交换，并且加快数据传输速度和可靠性，同时降低成本。在楼宇自动系统中选择OPC，需要根据不同的子系统以及需要实现的功能来开发相应的OPC服务器，完成设备层的独立数据采集。

一个完整的OPC服务器包括标准接口和用于通讯的接口两部分。利用对两个接口进行开发，也就实现了OPC服务器的开发。标准接口的开发因为数据库而变得简单，用于通讯的接口开发需要特定的通信协议和数据采集模式来编写特定的动态链接库。以此来构建的OPC服务器结构如图2。

图2 OPC服务器总体结构简图

通过该结构调用API函数，记录、注销服务器数据信息，并且按照特定的接口模块，读写交换数据，随即封装读写的信息来满足客户端的需求。该设计的关键是函数的调用来建立动态链接库，通过的DLL调用来构建API函数原型。常用的通信协议一般为TCP/IP协议，通过通信接口来读写封装的信息可以实现计算机端和客户端的数据共同访问，操作者在进行数据管理控制的时候不需要到每一个硬件设备中进行采集，只需要查看子系统相应的OPC服务器就可以实现数据的自主收集。有了这些数据也就有了自控各子系统的基础资料，通过一定的分析和处理，就可以实现子系统运行数据和运行状态的统一呈现，极大方便了后续的自动化控制管理。这就是一个完整的楼宇自动控制过程。

4 结论

智能建筑正在成为未来建筑的发展方向，实现楼宇设备系统的集中有序管理是实现社会节能理念和劳动力节约的关键环节。科学信息技术的发展为设计一个可靠实时成本低的楼宇自动控制系统提供了可能。利用现场总线控制系统、以太网技术可以实现系统设计，本着可靠灵活使用的目标，以以太网技术为基础，集成CAN和Lonworks总线技术，利用OPC技术创设服务器，可以快速且准确的实现诸如消防、照明、电梯、空调、温度、供电等系统的信息数据集成，同时也可以集散控制楼宇中的子系统，实时监控设备运行状态，及时调整故障，减少人员管理成本，保证楼宇健康安全高效运行。在建筑面积越来越大、高度越来越高的现代社会，自动化控制网络系统必定可以大大完善楼宇内部功能，提供安全舒适的生活工作环境。

【参考文献】

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对智能化楼宇节能的认识论文

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现在，我国的楼宇自控系统主要应用于各大型写字楼、宾馆、酒店等。随着大厦功能的多样化及精致化要求的提出，大厦中的各种机电设备也日趋复杂，技术含量日益提高，同时机电设备又是大厦的主要能耗单位，节能性成为大厦运转成本的主要指标，所有这些都决定了楼宇自控系统已成为大厦必不可少的一个组成部分。其任务是对建筑物内的能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。同时，随着人们生活水平的不断提高，智能建筑、智能小区的数量也在急剧的上升，作为其中智能化系统的关键，楼宇自控系统的发展是不言而喻的。随着更多智能建筑的出现，将有更加先进的技术补充到这一领域中，使这一技术更加成熟、完善。我们相信将来的楼控市场将会是更大更广。家居自动化网络计算机技术、自动化控制技术和现代通讯技术来实现进入普通百姓的家庭。家庭保安系统、照明系统、环境控制系统、家电控制系统、DVD以及MP3等家庭娱乐系统和家庭远程教育系统等。利用上述的家庭自动化网络系统，人们可以方便地通过计算机或其它网络接入设备，远程获取家庭内各种信息，包括各种计量表读数和费用、家庭各种家电设备和监测设备的状况，并实现远程遥控各种家电设备和装置，实现家居的能量管理等。所有这些都极大地提高了人类的生活质量，同时它也是人类所追求的生活目标。相关公司在楼宇自控领域的总之就是将市场推向基于LONMARK互才做性，开放式的全分布网络控制系统。要做到这一步,就要求生产商们取缔那些独家性的中央控制器和网关,降低设备、安装及生命周期的成本从而降低系统成本。 ★ 楼宇自控系统 ★ 智能家居产品 ★ 综合布线产品 ★ 停车场管理系统★ 系统集成产品 ★ 楼宇对讲系统 ★ 广播会议系统 ★ 智能照明系统 ★ 物业管理系统 ★ 智能消防系统 ★ 防盗报警系统 ★ 大屏幕显示系统★ 电动窗帘系统 ★ 生物识别产品 ★ 安防监控系统 ★ 暧通空调自控系统 ★ 智能遮阳产品 ★ 防雷安全产品 ★ 门禁管理系统 ★ 建筑设备监控系统现代社会对信息的需求量越来越大，信息传递速度也越来越快，二十一世纪是信息化的世纪，目前推动世界经济发展的主要是信息技术、生物技术和新材料技术，而其中信息技术对人们的经济、政治和社会生活影响最大，信息业正逐步成为社会的主要支柱产业，人类社会的进步将依赖于信息技术的发展和应用。智能建筑内部有大量的电气设备，如：环境舒适所需要的空调设备、照明设备及绘排水系统的设备等，这些设备多而散：多，即数量多被控制、监视、测量的对象多，多达上百到上万点；散，即这些设备分散在各层和角落。如果采用分散管理，就地控制，监视和测量难以想象。会议室、办公室长时间无人使用空调照开；下班后灯、电脑、空调整夜都在运转；管道工人如果没来，坏了的水管只能让它哗哗淌水…为了合理利用设备，节省能源，节省人力，确保设备的安全运行，自地提出了如何加强设备的管理问题。楼宇自控是酒店、商场、大型写字楼等大型公共建筑中不可或缺的一部分，而且越高端的公共建筑，其内部的能源消耗越多，公共建筑对楼控产品的依赖性越强。目前智能化系统已成为衡量建筑物“含金量”的一个重要标准，资金投入已经占到整个建筑预算的15%，而且这个数字还将不断上升。随着人民生活水平的日益提高，人们对生活、工作环境的要求也越来越高，随之也带来了能源的高消耗等一系列问题，楼宇自动控制系统应运而生。楼宇自控系统是将建筑物或建筑群内的变配电、照明、电梯、空调、供热、给排水、消防、保安等众多分散设备的运行、安全状况、能源使用状况及节能管理实行集中监控、管理和分散控制的建筑物管理与控制系统，称为BAS（BUILDINGAUTOMATIONSYSTEM）。随着世博会、亚运会相继落户上海、广州，与之配套的各种高档、世界级现代化建筑将突飞猛进，数量、质量都将迈上一个新台阶。全国大部分二、三线城市辐射范围有限，城市的经济发展步伐比较平稳，速度远远不及一线城市。很多业主在建筑初期，能够为智能化系统支付相应的建设费用，可是到了后期的运行阶段，很多物业管理人士不了解产品的运行原理，无法对其进行维护、管理。由于缺乏专业的维保人士，很多大楼的楼控系统处于瘫痪状态，无法实现应有的效果；另外，很多人士将智能化的管理系统作为建筑物可有可无的附属品，在预算充裕的前提下，可为其预留足够的费用，一旦情况有变，这套系统很有可能被业主抛弃。“哪里有需求，哪里就存在商机”。2009年，一批大型的公共建筑已经相继落户一线城市，这里依旧是楼控市场关注的焦点。楼宇自控行业内“三巨头”霍尼韦尔、江森自控、西门子楼宇科技仍然占据领先的地位而国产品牌仅仅占到30%。预计2009年，三家企业在这种优势地位下，行业地位依旧无法撼动。二、三线企业要想缩小与前者的差距，在行业中占有一席之地，还是得继续打牢基础，修炼自己。智能建筑集计算机技术、自动化控制技术、现代通讯技术、检测技术于一身。智能建筑主要有楼宇自动化控制系统( BAS)、通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)三大系统有机结合组成。楼宇自动化系统智能建筑的重要组成部分之一，是用来完成楼内设备自动控制的一套系统，他通过传感器采集现场数据然后将信号送至智能设备，对实际工况进行逻辑分析，再将控制信号送至执行器完成自动控制，智能建筑通过楼宇自动化系统(BAS)对整个建筑的所有公用机电设备,包括建筑的中央空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统，进行集中监测和遥控来提高建筑的管理水平，降低设备故障率，减少维护及营运成本。对建筑物内的设备及建筑环境进行监控与管理，为使用者提供一个舒适、安全、经济、高效、便捷的生活和工作环境，为管理者提供方便的管理手段，为经营者降低能耗并减少维护成本，为物业管理现代化提供物质基础。智能建筑以大跨度框架式建筑结构为基础，由智能建筑环境内的系统集成中心（SIC，SystemIntegratedCenter）利用综合布线系统（PDS，Premises Distribution System）形成标准化强电与弱电接口，连接楼宇自动化系统（BAS，Building AutomationS ystem）、通信自动化系统（CAS，Communication Automation System）和办公自动化系统（OAS，Office Automation System），实现3A功能，即建筑自动化、通信自动化和办公自动化功能。系统集成中心（SIC）：SIC应具有各个智能化系统汇集和各类综合管理的功能，汇集建筑物内外各类，接口界面标准化、规范化，以实现各子系统之间的交换及通信；对建筑物各个子系统进行综合管理；对建筑物内的进行实时处理，并且具有很强的处理及通信能力。综合布线（PDS）：综合布线是由线缆及相关连接硬件组成的传输通道。它是管理建筑连接“3A”系统各类必备的基础设施。它采用积木式结构、模块化设计、统一的技术标准，能满足智能建筑传输的要求。家庭自动化网络系统家庭保安系统、照明系统、环境控制系统、家电控制系统、DVD以及MP3等家庭娱乐系统和家庭远程教育系统等。利用上述，人们可以方便地通过计算机或其它网络接入设备，远程获取家庭内各种信息，包括各种计量表读数和费用、家庭各种家楼宇智能化提供的环境应该是一种优越的生活环境和高效率的工作环境：舒适性。使人们在智能化楼宇中生活和工作（包括公共区域），无论是心理上还是生理上均感到舒适，为此，空调、照明、噪音、绿化、自然光及其他环境条件应达到较佳或最佳状态。高效性。提高办公业务、通信、决策方面的工作效率，节省人力、时间、空间、资源、能耗、费用，以及建筑物所属设备系统使用管理的效率。方便性。除了集中管理，易于维护外，还应具有高效的信息服务功能。适应性。对办公组织机构、办公方法和程序的变更以及设备更新的适应性强，当网络功能发生变化和更新时，不妨碍原有系统的使用。安全性。除了要保证生命、财产、建筑物安全外，还要考虑信息的安全性，防止信息网中发生信息泄露和被干扰，特别是防止信息数据被破坏、被篡改，防止黑客入侵。可靠性。选用的设备硬件和软件技术成熟，运行良好，易于维护，当出现故障时能及时修复。节省设备运行维护费用。一方面系统能正常运行，发挥其作用可降低机电系统的维护成本，另一方面由于系统的高度集成，操作和管理也高度集中，人员安排更合理，从而使人工成本降到最底。设计楼宇自动化系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，采用最优化的控制手段,对各系统设备进行集中监控和管理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，在创造出一个高效、舒适、安全的工作环境中，降低各系统造价，尽量节省能耗和日常管理的各项费用，保证系统充分运行，从而提高了智能建筑的高水平的现代化管理和服务，

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楼宇智能化小论文

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基于嵌入式技术楼宇智能化控制系统*摘要:为了解决智能楼宇控制点种类和数量多的问题,设计了基于嵌入式技术的智能楼宇控制系统,系统采用MODBUS通讯协议,485/232总线结构,最大通讯距离达1200m,通过区域控制器与控制模块数目自由组合组成控制网络的方法成功解决这个问题,效果良好。关键词:智能楼宇 MODBUS协议 485/232总线区域控制器0 引言智能楼宇最早出现在美国,我国的智能楼宇起源于20世纪90年代,楼宇智能化是现代工业高科技的结晶,是未来“信息高速公路”的主节点,是进入“数字时代”新兴的产物。所谓楼宇自动化系统是对中央空调系统、通风系统、给排水系统、照明系统、变配电系统、电梯系统进行监控。随着高新信息技术和计算机网络技术的高速发展,对建筑物的结构、系统、服务及管理的最优化组合的要求越来越高[4]。系统控制的方式由过去的中央集中监控,转而由高处理能力的现场控制器所取代的集散控制系统,本文设计的楼宇自动化智能控制系统是专门为楼宇智能化所设计,同霍尼韦尔、西门子等楼宇控制产品相比结构灵活,控制简便,并且易于针对个体需求进行软件的二次开发。1 网络结构控制系统结构如图1所示,分为三个控制层。上层为PC远程集中监控,下层为控制模块,中间层为现场区域控制器。层与层之间通过RS232/485总线联网。远程集中监控平台主要功能为提供即时的数据显示、历史数据的保存维护和查询显示、故障报警和故障历史查询、参数修改和查询。PC远程监控平台为主要人机界面,所以上位机软件设计体现了如下三个优点:一是将控制网络WEB化,可以将不同来源、不同格式的信息转变为统一的格式,供具有统一界面的客户机浏览器浏览,以更好地适应信息化社会的使用需要;二是建立了基于SQL SERV-ER数据库的管理信息系统,提高了信息管理的功能;三是采用开放式设计的网络结构,可以更方便地与其他系统(如安保系统、消防系统)进行集成。软件基于delphi平台开发,加载大量图形操作,简单方便。控制模块包括四种,即数字量输入模块(Digital In-put)、数字量输出模块(DigitalOutput)、模拟量输入模块(Analog Input)、模拟量输出模块(AnalogOutput)。控制模块是控制系统的主要执行机构,即采集数字量信号和模拟量信号,也输出数字量信号和模拟量信号。因此每种模块各自拥有单独的控制芯片,既接受现场区域控制器的控制命令,又需要根据控制命令完成模块的输入输出功能。中间层现场区域控制器既与PC远程监控平台进行通讯,接受控制命令并上传实时数据,又通过控制模块采集数据、执行控制命令。显然,现场区域控制器是整个控制系统的核心枢纽,其重要性不言而喻,因此整个区域控制器的软硬件设计无疑成为整个系统的重点和难点。2 区域控制器硬件电路区域控制器硬件电路主要由CPU、上下位机通讯接口、EEPROM和时钟、键盘和触摸屏、液晶以及数字量/模拟量输入输出单元组成。硬件结构如图2所示。区域控制器CPU选用STC89C516RD2,这是一款新一代抗干扰/高速/低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机[1-3]。区域控制器自身带有一定数目的数字量/模拟量输入输出单元,可以在智能楼宇控制系统中作为控制模块的补充,同时也可以使区域控制器单独作为产品配套控制器使用,灵活多变。时钟和EEPROM通过I2C总线与区域控制器CPU连接。I2C总线用两条线(SDA和SCL)在芯片和模块间传递信息。SDA为串行数据线, SCL为串行时钟线,这两条线必须用一个上拉电阻与正电源相连,其数据只有在总线不忙时才可传送。CPU是主设备,时钟和EEPROM是从设备[9]。上位机通讯接口由控制器CPU通过SPI总线访问异步通讯芯片MAX3100来实现。SPI总线采用三线同步接口。主要特点是可以同时发出和接收串行数据;可以当作主机或从机工作;提供频率可编程时钟;发送结束中断标志;写冲突保护;总线竞争保护等;下位机通讯接口以串行口中断的方式实现半双工通讯。为了满足多种输入方式,控制器同时带有键盘和触摸屏,即可以以按键方式键入控制命令,也可以直接点击触摸屏实现。键盘采用独立式键盘;触摸屏选用电阻式触摸屏,电阻式触摸屏屏幕主要由两个导电层组成,当手指触摸屏幕时,两层导电层在触摸点位置就有了接触,电阻发生变化,在X和Y两个方向上产生信号,然后由触摸屏控制器侦测到这一接触点并计算出(X,Y)的位置。软件流程智能楼宇控制系统所控制的点位种类多样,如温度、湿度、流量、开关等。硬件电路依据数字量、模拟量以及输入、输出提供了通用的接口,因此具体识别控制每个点位则完全由软件完成。现场区域控制器作为整个系统的控制核心,既要检测自身输入输出单元,完成显示,报警等功能,又要根据上位机(PC)、控制模块提供信息发出控制决策。因此软件流程包括初始化、故障检测与处理、控制算法实现、上下位机通讯等(图3),初始化包括数值初始化、中断初始化,通讯初始化,显示初始化;故障检测包括通讯故障,反馈故障,逻辑故障等;控制部分主要是程序算法的实现,对输入输出的智能控制,包括键盘/触摸屏输入及液晶输出,上位机通讯即远程PC与区域控制器通讯,而下位机通讯则是区域控制器与控制模块之间通讯[5-6]。楼宇自动化控制系统故障种类多样,故障处理方法又各有不同,因此故障的检测和处理就成为程序设计的一个难点,针对这种情况,程序采用了查表法(表1),成功的解决了这一难题。楼宇自动化控制系统故障种类多样,故障处理方法又各有不同,因此故障的检测和处理就成为程序设计的一个难点,针对这种情况,程序采用了查表法(表1),成功的解决了这一难题。表中分5列,第一列为故障号;第二列为故障处理方法,如1(停机),2(关机), 3(重启)···;第三列判断是否联动,如0(否), 1(是),主要判断一些相互有关联的部分出现故障是否需要同步处理;第四列所谓的报警延时主要指某一现象视为故障的重复出现时间,目的是为了消除抖动引起的误报;第五列延迟寄存器则存放报警延时,如1(秒级延时寄存器), 2(秒级延时), 3(分级延时)。每条故障都要对应于表中的一条,实际应用中只需填写表格,快捷方便。上下位机通讯程序都采用MODBUS通讯协议[7-8],Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。控制器通信使用主—从技术,即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。此系统中当主设备为上位PC机时,现场区域控制器为从设备,当现场区域控制器为主设备时,控制模块为从设备。Modbus协议建立了主设备查询的格式:设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由Mod-bus协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误,或从设备不能执行其命令,从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。例如:当主设备(现场区域控制器)发送如表2请求时,此控制器连接的所有控制模块都接受这请求,但是只有地址为1的控制模块对此请求应答,其他地址的控制模块自动丢弃这帧数据,经CRC检验数据正确后,根据功能码来处理此帧数据,此例中功能码为06,即向此寄存器地址写寄存器数据,完成后从设备需回应与主机请求相同的信息。置区域控制器和各种控制模块数量,结构灵活多变,可以适应多种输入输出信号,根据用户的实际需求开发控制软件,真正达到量身定做成为一大特色。本智能控制系统已经在多个楼宇智能化控制中使用,控制准确,运行稳定;另外,区域控制器也可单独使用,作为产品配套控制器,成功应用于除湿机、冷干机、Vocs气体清除装置等。参考文献1于洪洲·51系列单片机软件抗干扰设计[J]·集成电路通讯·2007,25卷,2期:16-182汪文,陈林·单片机原理及应用[M]·华中科技大学出版社3Yu ShouqianWang Jianhua Kou Jinqiao. Embedded Integrated Servo-controllers for IntelligentModularActuators[J]·HIGH B. Surrogate·Developmentofan IntelligentEnergyManagementNetworkforBuilding Automation, PROGRAMMABLE CONTROLLER FAC-TORY AUTOMATION(PLC FA)·2005,3:28-305黄鑫,宋洋·软件抗干扰技术及其在单片机上的应用·现代电子技术,2007年9期:90-926朱国飞·单片机在工业控制上的应用[J]·中国科技信息, 2005年18A期:77-797田拥军,赵光强,曾健平·基于RS485总线技术的PC机与单片机多机通讯设计[J]·湖南工程学院学报:自然科学版, 2007年17卷2期:19-238肖凯,张贤斌·Modbus协议在串口通讯中的研究及应用[J]·长江工程职业技术学院学报,2007年1期:30-329赵学军·RS485总线测控模块的MODBUS扩展协议设计[J]·自动化与仪表,2007年2期:37-40

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浅谈楼宇智能化对讲系统论文

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广告楼宇门通俗的讲，就是在智能入户门上装有智能广告灯箱。楼宇门一般使用锌合金材质制作，代替传统广告形式，美化公寓环境，又可以将广告内容传递给更多的人，大大节省了广告公司的费用开支，使广告形式附有智能化和美观化。浙江省西州将军门业在生产广告楼宇门上具有丰富的经验，与多家广告公司合作，在多个省份取得了较大的成功。质量过关，智能化入户门，做工精细，美观大方，价格合理，值的大家信赖。

智能楼宇设计论文编号:JD171 字数:31338,页数:62 前言随着科技和经济的不断发展，智能化建筑正逐渐普及并为人们所接受。据初步统计表明，目前安装的智能化系统其使用效果都不是很理想。因而造成资源的严重浪费，产生这种现象的原因有多方面，不但与产品质量及产品和系统的兼容性有关，也与方案确定及设计、施工过程中的质量控制有密切的关系。因此选择一个好的设计是系统实施的关键。尤其是现在，智能建筑内各种机电设备越来越多，越来越复杂，对机电设备的控制和管理要求也越来越高。因此，对机电设备进行控制和管理的楼宇自控系统要求越来越严格，这标志着智能建筑时代的到来。在目前高科技迅速发展的时代，节水、节电、节能，创造绿色工作环境、生活环境，已成为广大业主的一致要求，只有设计完整的楼宇自控系统，才能建成先进的智能建筑。智能建筑目前已成为楼宇建设发展的必然趋势。在其发展过程中，楼宇自控系统经历了从分散控制到集中控制，再到集散控制的几个阶段。现在，楼宇自控系统正向开放式现场总线系统发展。所以说楼宇自控系统的发展越来越完善，只有这样才能达到当今人们的要求。楼宇自控系统的设计主要包括，空调通风监控系统、中央制冷监控系统、给排水系统、照明与动力系统/供配电系统、电梯监控系统等。对这些系统的优化设计是节能的最关键之处。因此被人们看的尤为重要。所以说设计是首要问题，在加上良好的监督管理机制以及好的施工方法必定会取得良好的效果。目录前言 11 智能建筑的组成及BAS系统总述智能建筑简介智能建筑的发展智能建筑的特征智能建筑的组成部分 BAS系统总述 BAS系统的配置 72 智能楼宇自控系统的设计要求设计构思 ... 基本要求楼宇自控系统主体设计设备选型控制器选择空调控制器选择其他设备的选择 15 智能楼宇的负荷问题用电负荷的预测 173 空调子系统的设计空调系统空气处理设备的要求空调风系统的要求空调风系统的组成空调水系统的组成空调系统机组的要求 224 通、排风子系统的设计 245 冷、热源子系统的设计冷源装置选择制冷方式的要求冷水机组的监测与控制控制原理与要求热源装置热交换器的监测与控制控制原理与要求热交换器运行参数及状态的检测 296 给排水子系统的设计生活给水监控系统高位水箱供水方式控制原理与要求水泵运行参数及状态的检测生活排水监控系统污水泵控制原理与要求污水泵运行参数及状态的检测 357 供配电及照明系统的设计供配电系统供配电运行参数及状态的检测照明系统 408 技术经济分析 429 结论 44致谢 45参考文献 46附录A 47附录B 55以上回答来自:

对宇宙的认识论文研究

宇宙（Universe）在物理意义上被定义为所有的空间和时间（统称为时空）及其内涵，包括各种形式的所有能量；

比如电磁辐射、普通物质、暗物质、暗能量等，其中普通物质包括行星、卫星、恒星、星系、星系团和星系间物质等。宇宙还包括影响物质和能量的物理定律，如守恒定律、经典力学、相对论等。

大爆炸理论是关于宇宙演化的现代宇宙学描述。根据这一理论的估计，空间和时间在±亿年前的大爆炸后一同出现，随着宇宙膨胀，最初存在的能量和物质变得不那么密集。最初的加速膨胀被称为暴胀时期，之后已知的四个基本力分离。

宇宙逐渐冷却并继续膨胀，允许第一个亚原子粒子和简单的原子形成。暗物质逐渐聚集，在引力作用下形成泡沫一样的结构，大尺度纤维状结构和宇宙空洞。

巨大的氢氦分子云逐渐被吸引到暗物质最密集的地方，形成了第一批星系、恒星、行星以及所有的一切。空间本身在不断膨胀，因此当前可以看见距离地球465亿光年的天体，因为这些光在138亿年前产生的时候距离地球比当前更近。

虽然整个宇宙的大小尚不清楚，但可以测量可观测宇宙的大小，估计其直径为930亿光年。在各种多重宇宙论中，一个宇宙是一个尺度更大的多重宇宙的组成部分之一，各个宇宙本身都包括其所有的空间和时间及其物质。

随着巡天观测技术水平的逐步提高，人类不断尝试绘制整个宇宙的全貌。2021年1月14日，国家天文台北京-亚利桑那巡天(BASS)团队和暗能量光谱巡天(DESI)团队联合发布最新巨幅二维宇宙地图。

宇宙暗能量

宇宙膨胀加速的原因仍然难以捉摸，这通常归因于暗能量。暗能量是一种被假设为渗入空间中的未知能量形式。在质能等价的基础上，暗能量的密度（约7×10-30 g/cm³）比星系内普通物质或暗物质的密度要低得多。然而，在当前的暗能量时期，它主宰着宇宙的质能，并且它在空间之中是均匀的。

暗能量的两种拟议形式是宇宙常数和标量场。宇宙常数以恒定的能量密度均匀的填充空间，标量场能量密度可能因时间和空间而动态变化。标量场的贡献通常也包括在宇宙常数中。公示化表达的宇宙常数相当于真空能量。仅具有少量空间不均匀性的标量场将很难与宇宙学常数区分开。

宇宙是目前公认的最大的三维物体，包括了目前所有的物体，是时间、空间、能量、物体集一体的物体。宇宙的形状宇宙的形状现在还是未知的，人类在大胆想象。有的人说宇宙其实是一个类似人的这样一种生物的一个小细胞，而也有人说宇宙是一种拥有比人类更高智的电脑慧生物所制造出来的一个程序或是一个小小的原艺术家的宇宙件，或者宇宙是无形的。为什么宇宙的星球都是圆的? 宇宙那么大,为什么星球都是圆的,或者椭圆.在宇宙中由于摩擦力几乎不存在，因此，物体之间只要有一丝力就会互相影响、互相吸引。我们可以先假设一下，一些不规则的物体，它们分别互相吸引，并且逐渐靠近，由于质量越大、重力（引力）也就会越大，因此，当它们积聚到一定程度时，质量变的越大，导致了重力越大。这些物质就会不断的向内‘挤’（也叫坍缩）。由于中心点对外面的影响是呈现均匀分布的。所以，当物质分布不均匀时也会互相‘调节’，相互渗透。使得这些物质分布的较为均匀，然后在加上中心对外引力是等效的，就造成了这些物质都呈相同的速率向内坍缩。就使得最后形成的物质为类球体。另外，我国的太极图也是圆形的，而这图是我们的祖先俯仰天地，探宇究宙而作，所以，宇宙也是圆的！！！（赵月斌）编辑本段宇宙年龄年龄定义宇宙年龄定义：宇宙年龄（age of universe）宇宙从某个特定时刻到现在地时间间隔。对于某些宇宙模自然颜色下的土星型，如牛顿宇宙模型、等级模型、稳恒态模型等，宇宙年龄没有意义。在通常的演化的宇宙模型里，宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到现在时刻的时间间隔。通常，哈勃年龄为宇宙年龄的上限，可以作为宇宙年龄的某种度量。年龄推算宇宙年龄约为亿年使用整个星系作为透镜观看其他星系，目前研究人员最新使用一种精确方法测量了宇宇宙宙的体积大小和年龄，以及它如何快速膨胀。这项测量证实了“哈勃常数”的实用性，它指示出了宇宙的体积大小，证实宇宙的年龄约为亿年。研究小组使用一种叫做引力透镜的技术测量了从明亮活动星系释放的光线沿着不同路径传播至地球的距离，通过理解每个路径的传播时间和有效速度，研究人员推断出星系的距离，同时可分析出它们膨胀扩张至宇宙范围的详细情况。科学家经常很难识别宇宙中遥远星系释放的明亮光源和近距离昏暗光源之间的差异，引力透镜回避了这一问题，能够提供远方光线传播的多样化线索。这些测量信息使研究人员可以测定宇宙的体积大小，并且天体物理学家可以用哈勃常数进行表达。 KIPAC研究员菲尔－马歇尔(Phil Marshall)说：“长期以来我们知道透镜能够对哈勃常数进行物理性测量。”而当前引力透镜实现了非常精确的测量结果，它可以作为一种长期确定的工具提供哈勃常数均等化精确测量，比如：观测超新星和宇宙微波背景。他指出，引力透镜可作为天体物理学家的一种最佳测量工具测定宇宙的年龄。编辑本段宇宙生态如果把任意一个时刻扩展开来，形成一个【时间膜】（宇宙万物映射在上面）那么在这个时间膜上，从低级到高级的物质都是连续存在着的原子量小到大，智慧度从小到大，年龄从小到大都连续存在着并且：低级的物质总是比高级的物质要来得多，并向高级发展【全集然文明】将这种奇怪的物质【续存】现象，称之为【宇宙生态】宇宙观念宇宙结构观念的发展远古时代，人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态，他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期，生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为，天穹像一口锅，倒扣在平坦的大地上；后来又发展为后期盖天说，认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子，大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上，而象则站在巨大的龟背上，公元前7世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘，上面笼罩着拱形的天穹。也有一些人认为，地球只是一只龟上的一片甲板，而龟则是站在一个托着一个又一个的龟塔... NGC 5139 半人马座Ω最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪，毕达哥拉斯从美学观念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承，但直到1519～1522年，葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后，地球是球形的观念才最终被证实。公元2世纪，C.托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动，月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星运动的不均匀性，他还认为行星在本轮上绕其中心转动，而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科学的日心说，认为太阳位于宇宙中心，而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。到16世纪哥白尼建立日心说后才普遍认识到：地球是绕太阳公转的行星之一，而包括地球在内的八大行星则构成了一个围绕太阳旋转的行星系── 太阳系的主要成员。1609年，J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转，发展了哥白尼的日心说，同年，伽利略·伽利雷则率先用望远镜观测天空，用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年，I.牛顿提出了万有引力定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础。在这以后，人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。恒星在哥白尼的宇宙图像中，恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年，乔尔丹诺·布鲁诺大胆取消了这层恒星天，认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶，由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计，布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶，T.赖特、I.康德和.朗伯推测说，布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔首创用取样统计的方法，用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例，1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图，从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中，H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂，以及许多人对银河系直径、厚度的测定，科学的银河系概念才最终确立。太阳18世纪中叶，康德等人还提出，在整个宇宙中，存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程，直到1924年，才由.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。近半个世纪，人们通过对河外星系的研究，不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统，而且已使我们的视野扩展到远达200亿光年的宇宙深处。宇宙演化观念的发展在中国，早在西汉时期，《淮南子·俶真训》指出：“有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者”，认为世界有它的开辟之时，有它的开辟以前的时期，也有它的开辟以前的以前的时期。《淮南子·天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程。在古希腊，也存在着类似的见解。例如留基伯就提出，由于原子在空虚的空间中作旋涡运动，结果轻的物质逃逸到外部的虚空，而其余的物质则构成了球形的天体，从而形成了我们的世界。太阳系概念确立以后，人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年，R.笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说；1745年，.布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说；1755年和1796年，康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来。银河系1911年，E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图；1913年，伯特兰·阿瑟·威廉·罗素则绘出了恒星的光谱-光度图，即赫罗图。罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始，先收缩进入主序，后沿主序下滑，最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年，亚瑟·斯坦利·爱丁顿提出了恒星的质光关系；1937～1939年，.魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素理论被否定，并导致了科学的恒星演化理论的诞生。对于星系起源的研究，起步较迟，目前普遍认为，它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的。银河系1917年，A.阿尔伯特·爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、无界”的宇宙模型，奠定了现代宇宙学的基础。1922年，.弗里德曼发现，根据阿尔伯特·爱因斯坦的场方程，宇宙不一定是静态的，它可以是膨胀的，也可以是振荡的。前者对应于开放的宇宙，后者对应于闭合的宇宙。1927年，G.勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型.1929年哈勃发现了星系红移与它的距离成正比，建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。20世纪中叶，G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型，他们还预言，根据这一模型，应能观测到宇宙空间目前残存着温度很低的背景辐射。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。从此，许多人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型。1980年，美国的古斯在热大爆炸宇宙模型的基础上又进一步提出了大爆炸前期暴涨宇宙模型。这一模型可以解释目前已知的大多数重要观测事实。宇宙图景当代天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、像布一样的、不断膨胀、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。层次结构行星是最基本的天体系统。太阳系中共有八颗行星：水星金星地球火星木星土星天王星海王星。（冥王星目前已被从行星里开除，降为矮行星）。除水星和金星外，其他行蜘蛛星云星都有卫星绕其运转，地球有一个卫星月球，土星的卫星最多，已确认的有28颗。行星小行星彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转，构成太阳系。太阳占太阳系总质量的，其直径约140万千米，最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米（以冥王星作边界）。有证据表明，太阳系外也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内，从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去?则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团，叫星系团。平均而言，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团，只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间，它称为总星系。编辑本段宇宙起源所谓大爆炸理论，简单地说就是宇宙开始的时候是由一个火球爆炸而形成的。近代科学研究发现宇宙不是永恒的，而是在不断的膨胀中。宇宙的不平衡现象最早是由一位德国的医生发现的。他在夜空观查星星时发现，每个星球间的距离并没有因为万有引力的关系而彼此靠近。那么，在星球之间必定存在另一种力量抵消了它们彼此之间的万有引力。他就把这现象假设为宇宙在不断地膨胀。后来科学家们又发现了红移现象，就是远距离星球射向地球的光以红光为多，近距离的则以紫光为主。这说明了星球在远离地球。接着爱因斯坦提出了广义相对论，他提出加速度不等于零的理论，其中即包含了宇宙膨胀的学说。1931年，美国天文学家以先进的天文望远镜发现，在银河系外仍有很多银河系，并且在不断地膨胀，这才使得宇宙膨胀的理论得到证实。到了40年代，科学家们预测宇宙是由大爆炸产生的，那么它爆炸之后必定会有残馀物质留在太空之中。这遗留的物质就是电子波（辐射波），其所代表的温度约为零下273度。这假设在当时并没被证实。在60年代时，贝尔实验室的科学家为电讯研究架起天线时发现一直听到噪音，而这噪音所代表的温度为零下260度左右。在此同时普林斯顿大学的物理学家们也在凭理论找寻大爆炸后的馀波，后来这两组工作研究联合表示，这天线所收到的噪音即为大爆炸后的馀波，其温度约为零下270度，这一发表证实了大爆炸的理论。编辑本段宇宙大爆炸学说宇宙大爆炸(Big Bang)仅仅是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设麦哲伦星云[NGC 265]想。大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的，现在只能从理论研究的基础上，描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质，形成了当今的宇宙形态，人类就是在这一宇宙演变中诞生的。宇宙的不断膨胀科学家认为它起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸。这是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间。大爆炸散发的物质在太空中漂游，由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的，我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象宇宙会因引力而不再膨胀，但是，科学家已发现宇宙中有一种 “暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争，爆炸产生的动力是一种斥力，它使宇宙中的天体不断远离；天体间又存在万有引力，它会阻止天体远离，甚至力图使其互相靠近。引力的大小与天体的质量有关，因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀，还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小，这完全取决于宇宙中物质密度的大小。理论上存在某种临界密度。如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度，宇宙就会一直膨胀下去，称为开宇宙；要是物质的平均密度大于临界密度，膨胀过程迟早会停下来，并随之出现收缩，称为闭宇宙。问题似乎变得很简单，但实则不然。理论计算得出的临界密度为5×8^-30克/厘米3。但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了。星系间存在广袤的星系间空间，如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间，那么，平均密度就只有2×10^-31克/厘米3，远远低于上述临界密度。然而，种种证据表明，宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质，其数量可能远超过可见物质，这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素。因此，宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题。不过，就目前来看，开宇宙的可能性大一些。恒星演化到晚期，会把一部分物质（气体）抛入星际空间，而这些气体又可用来形成下一代恒星。这一过程中气体可能越来越少（并未确定这种过程会减少这种气体。）。以致于不能再产生新的恒星。10^14年后，所有恒星都会失去光辉，宇宙也就变暗。同时，恒星还会因相互作用不断从星系逸出，星系则因损失能量而收缩，结果使中心部分生成黑洞，并通过吞食经过其附近的恒星而长大。（根据质能守恒定律,形成恒星的气体并不会减少而是转换成其他形态。所以新的恒星可能会一直产生.) 10^17～10^18年后，对于一个星系来说只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星，这时，组成恒星的质子不再稳定。10^32年后，质子开始衰变为光子和各种轻子。10^71年后，这个衰变过程进行完毕，宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞。 10^108年后，通过蒸发作用，有能量的粒子会从巨大的黑洞中逃逸出。宇宙将归于一片黑暗。这也许就是开宇宙“末日”到来时的景象，但它仍然在不断地、缓慢地膨胀着。（但质子是否会衰变还未得到结论，因此根据质能守恒定律。宇宙中的质能会不停的转换。）闭宇宙的结局又会怎样呢？闭宇宙中，膨胀过程结束时间的早晚取决于宇宙平均密度的大小。如果假设平均密度是临界密度的2倍，那么根据一种简单的理论模型，经过400～500亿年后，当宇宙半径扩大到目前的2倍左右时，引力开始占上风，膨胀即告停止，而接下来宇宙便开始收缩。以后的情况差不多就像一部宇宙影片放映结束后再倒放一样，大爆炸后宇宙中所发生的一切重大变化将会反演。收缩几百亿年后，宇宙的平均密度又大致回到目前的状态，不过，原来星系远离地球的退行运动将代之以向地球接近的运动。再过几十亿年，宇宙背景辐射会上升到400开，并继续上升，于是，宇宙变得非常炽热而又稠密。在坍缩过程中，星系会彼此并合，恒星间碰撞频繁。这些结局也只是假想推论的。近几年来，一批西方的天文学家发表了关于“宇宙无始无终”的新论断。他们认为，宇宙既没有“诞生”之日，也没有终结之时，而就是在一次又一次的大爆炸中进行运动，循环往复，以至无穷的。至于“宇宙无始无终”的新论是否正确，科学家认为，过几年国际天文学界可望对此做出验证。宇宙的创生1.有些宇宙学家认为，暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点，这种观点之所以在以前不能为人们接受，是因为存在着许多守恒定律，特别是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展，重子数有可能是不守恒的，而宇宙中的引力能可粗略地说是负的，并精确地抵消非引力能，总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面：①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无，则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践，而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型，我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分，在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的，这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式，并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”，因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”，那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大，作为一个有限的物质体系，也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来，认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的，应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式，把“无”和“有”作为一对逻辑范畴，探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式，转化为“有”——已知的物质和能量形式，这在认识论和方法论上有一定意义。 2. 宇宙是如何起源的？空间和时间的本质是什么？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辩，而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人，又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后，经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。但是该理论存在许多使人迷惑之处。宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑，一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢？人类把地球绕太阳转一圈确定为衡量时间的标准——年。但宇宙中所有天体的运动速度都是不同的，在宇宙范围，时间没有衡量标准。譬如地球上东西南北的方向概念在宇宙范围就没有任何意义。既然年的概念对宇宙而言并不存在，大爆炸宇宙论又如何用年的概念去推算宇宙的确切年龄呢？ 1929年，美国天文学家哈勃提出了星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。哈勃定律只是说明了距离地球越远的星系运动速度越快--星系红移量与星系距离呈正比关系。但他没能发现很重要的另一点--星系红移量与星系质量也呈正比关系。宇宙中星系间距离非常非常遥远，光线传播因空间物质的吸收、阻挡会逐渐减弱，那些运动速度越快的星系就是质量越大的星系。质量大，能量辐射就强，因此我们观察到的红移量极大的星系，当然是质量极大的星系。这就是被称作“类星体”的遥远星系因质量巨大而红移量巨大的原因。另外那些质量小、能量辐射弱的星系（除极少数距银河系很近的星系，如大、小麦哲伦星系外）则很难观察到，于是我们现在看到的星系大多呈红移。而银河系内的恒星由于距地球近，大小恒星都能看到，所以恒星的红移紫移数量大致相等。导致星系红移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心按圆形轨迹运动的，不是像大爆炸宇宙论描述的从一个中心向四周作放射状的直线运动。因此，从地球看到的紫移星系范围很窄，数量极少，只能是与银河系同一方向运动的，前方比银河系小的星系；后方比银河系大的星系。只有将来研制出更高分辨程度的天文观测仪器才能看到更多的紫移星系。宇宙中的物质分布出现不平衡时，局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化，但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变。仅凭从地球角度观测到的部分（不是全部）可见星系与地球之间距离的远近变化，不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩。就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象并不说明海水总量是在增加或减少一样。 1994年，美国卡内基研究所的弗里德曼等人，用估计宇宙膨胀速率的办法计算宇宙年龄时，得出一个80～120亿年的年龄计算值。然而根据对恒星光谱的分析，宇宙中最古老的恒星年龄为140～160亿年。恒星的年龄倒比宇宙的年龄大。 1964年，美国工程师彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射，是因为布满宇宙空间的各种物质相互之间能量传递产生的效果。宇宙中的物质辐射是时刻存在的，3K或5K的温度值也只是人类根据自己判断设计的一种衡量标准。这种能量辐射现象只能说明宇宙中的物质由于引力作用，在大尺度空间整体分布的相对均匀性和星际空间里确实存在大量我们目前还观测不到的“暗物质”。至于大爆炸宇宙论中的氦丰度问题，氦元素原本就是宇宙中存在的仅次于氢元素的数量极丰富的原子结构，它在空间的百分比含量和其它元素的百分比含量同样都属于物质结构分布规律中很平常的物理现象。在宇宙大尺度范围中，不仅氦元素的丰度相似，其余的氢、氧……元素的丰度也都是相似的。而且，各种元素是随不同的温度、环境而不断互相变换的，并不是始终保持一副面孔，所以微波背景辐射和氦丰度与宇宙的起源之间看不出有任何必然的联系。大爆炸宇宙论面临的难题还有，如果宇宙无限膨胀下去，最后的结局如何呢？德国物理学家克劳修斯指出，能量从非均匀分布到均匀分布的那种变化过程，适用于宇宙间的一切能量形式和一切事件，在任何给定物体中有一个基于其总能量与温度之比的物理量，他把这个物理量取名为“熵”，孤立系统中的“熵”永远趋于增大。但在宇宙中总会有高“熵”和低“熵”的区域，不可能出现绝对均匀的状态。所以，那种认为由于“熵”水平的不断升高而达到最大值时，宇宙就会进入一片死寂的永恒状态，最终“热寂”而亡的结局，是把我们现在可观测到的一部分宇宙范围当作整个宇宙的误识。根据天文观测资料和物理理论描述宇宙的具体形态，星系的形态特征对研究宇宙结构至关重要，从星系的运动规律可以推断整个宇宙的结构形态。而星系共有的圆形旋涡结构就是整个宇宙的缩影，那些椭圆、棒旋等不同的星系形态只是因为星系年龄和观测角度不同而产生的视觉效果。奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。这种螺旋现象对于认识宇宙形态有着重要的启迪作用，大至旋涡星系，小至DNA分子，都是在这种螺旋线中产生。大自然并不认可笔直的形式，自然界所有物质的基本结构都是曲线运动方式的圆环形状。从原子、分子到星球、星系直到星系团、超星系团无一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一个大旋涡。

我们都生存在同一个地球上，而地球又是宇宙中的一颗行星。宇宙是千变万化的，这一刻是这样的，下一刻就截然不同了。宇宙是神秘的，那一颗颗星系让我们眼花缭乱。从我的知识体系中，我知道：在200年前，人们一直认为天空中有5个行星，加上地球就是6个。五大行星再加上太阳，月球，就被称为“七曜”。岁月流逝到了1781年3月31日这天，在英国，有个叫威廉·赫歇耳的天文学家用自己的望远镜，看到了在土星之外那颗蓝色的天体——天王星。这个发现，突破了千百年来的传统观念，为人类在探索宇宙的道路上，迈出了了不起的一步，起了解放思想的作用。这让我我想起了李四光说过的：真理，哪怕只见到一线，我们也不能让他的光辉变得暗淡。”正是因为这样，才会有如此重大的发现，这一切都归功于科学家们坚持不懈的努力。宇宙，既美丽神秘，却又危险，各种星系中，最危险的就是黑洞了，“黑洞”顾名思义，就是不会发光，黑洞洞的。他虽然在宇宙中，但它并不是“星”，而是空间的一个区域，一种特别的天体。它具有强大的引力场，以致任何东西，甚至是光都不能从中逃逸，成为宇宙中一个吞噬物质和能量的“陷阱”。黑洞绝非是永久的隐蔽而毫无生气的物体。由于它的电荷和角动量，黑洞是一个动力学系统，能够受力和施力，能够吸收和提供能量，也就是说它是随着时间变化的，而且它的表面积绝不会随着时间减少，而会随着对物质和辐射的捕获而大。当两个黑洞相撞并成为另一个黑洞。这个面积就一定会大于两个之和。更让人惊奇的是，有一种黑洞会缩小叫量子黑洞。多么神奇啊！宇宙中竟然有如此多的奥秘，这正是人类科学的结晶，只有我们相信科学，探索科学，才能学到更多的知识！

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