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基于CAN总线的智能照明控制系统

chenwh78  发表于 2008/12/2 12:50:55      1045 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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1 系统的总体设计思想
系统设计从保证系统可靠性和降低成本并具有通用性、实时性和可扩展性等方面着手。
(1)网络拓扑采用总线式结构,如图1所示,这种结构比环形结构吞吐率低,但结构简单、成本低、且无源抽头连接,系统可靠性高。 
(2)CAN总线控制器工作于多主方式,采用多主站依据优先权访问总线,支持主从或广播方式,最大网络节点110个,最大传输速率1Mbps,最远距离10km(也可以接CAN中继器增加距离,但通信速率会下降),同时具有极强的错误处理能力。
(3)CAN遵循ISO标准模式,具体定义了数据链路层和物理层,在工程上,这两层通常由CAN控制器和收发器实现,CAN总线控制器通常有两类:一类是在片的CAN微控制器。采用这种器件可以方便用户制作印刷板、电路图也比较紧凑,另一类是独立的CAN控制器,可以使开发人员根据需要选用比较实用的单片机,本系统选择独立的CAN控制器。
(3)该系统的上位机是PC机,由于PC机有多条扩展槽,利用局域网通信卡、使得该系统很容易与其他部门联网,便于统一调度和管理,另外选用PC机还可以充分利用现有的软件工具和开发系统,方便快捷地设计功能丰富的计算机软件,该系统的控制台由PC机、PC总线适配卡和相应的软件组成。
(5)传输介质采用双绞线,为了进一步提高系统的抗干扰能力,在控制器与传输介质之间采取光电隔离。
(6)信息传输采用CAN通信协议,该系统的主要通信方式是控制台向各个控制器发送控制数据以及各控制器向控制台发挥各种检测信息。
2 智能照明节点模块的硬件设计 智能节点结构框图如图2所示。
从成本和难易程度考虑,系统采用AT89C52作微控制器。AT89C52是一种高性能、低功耗采用COMS工艺制造的8位微控制器,拥有8KB的可编程闪存,它为很多嵌入式控制系统提供了一种高效灵活的解决方案,其功能是根据上位机的给定值控制执行器,系统的执行器是可控硅控制电路,通过它提供均匀可调的输出电压以调节电灯的亮度。
上位机可以根据传感器所提供的外界光照度,判断此时的灯光亮度范围,再向控制器发送控制数据,使执行器按照设定的值调节灯光亮度,传感器1采用光敏传感器可将光信号变成电信号、电信号的大小随光的强弱成比例变化,所以使用它可以根据室外光线照度的变化对灯光进行调节,在保证一定标准照度的同时最大限度地节约能源。传感器2是热释电传感器,其只对运动的人或物体敏感,利用它可以知道房间里是否有人,进而可以及时地将无人区的灯关掉,以免造成不必要的浪费。
CAN控制器选用Philips公司生产的SJA1000。它是PCA82C200的替代产品,可完成CAN通信协议所要求的全部特性,经过简单的总线连接可以完成CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能,它能够提供总线仲裁及错误检测功能,并且在检测到错误时能自动重复发送数据,从而减少数据的丢失,确保了系统的可靠性,它通过直接内存映射方式访问CAN控制器,同时,新增加的CAN模式(PeliCAN)还可以支持CAN2.0B协议。
CAN收发器采用Philips公司生产的PCA82C250,它是CAN控制器与物理总线之间的接口,提供向总线的差动发送功能和对CAN控制器的差动接收功能。
采用光电耦合是为将网络与系统内部隔离,以提高抗干扰能力,这里采用高速光电耦合器6N137。
看门狗采用集看门狗、复位电路与EPROM于一体的X25045,由于看门狗和EPROM有着重要的作用,看门狗可以防止因程序的"跑飞"而引起故障。EPROM可以存储掉电前所需保护重要参数、CAN节点的配置参数,包括屏蔽字和校验码、报文定义等。
CAN总线适配卡可以自己设计,但目前市场上的CAN总线通信适配卡产品较多,而且技术也很成熟,所以选用了北京华控公司的HK--CANISO智能PC总线通信适配卡。
3 智能照明系统的软件设计
智能照明节点模块的软件采用结构化设计,具有良好的模块性,可修改性和可移植性。程序用Franklin C51和ASM51语言混合编写,Franklin C51是一种与C语言十分类似的高级语言,具有较高的效率,可读性好,易于修改,采用C51可减轻软件编程的工作量,软件设计主要包括单片机的初始化程序、报文发送和接收程序以及CAN总线的初始化设计,这是CAN总线设计中的重要一环,也是一个设计难点,为了提高通信的实时性,采用中断接收方式,为了能支持更多的CAN协议功能,在初始化时使SJA1000工作在Peli CAN模式,智能照明节点的主流程如图3所示。
上位机监控软件采用Delphi实现,具有良好的界面和可操作性。
国外的智能照明控制系统广泛地应用于建筑领域,无论室内、室外,然而我国在灯光调控、节能方面的研究起步较晚(目前,灯光调控在美国的使用率70%,欧洲40%-50%,亚洲10%-15%,在日、韩占15%-20%,而中国还不到1‰),当前较先进、流行的灯光控制系统采用的"ShowNet"数字网络也只是为将来应用CAN协议打下基础,本文在智能照明控制系统中应用CAN总线技术,通过上位计算机进行灯光调控,有一定先进性。该系统经扩展后有着非常广阔的应用前景,不仅是办公大楼、商业中心等公共场所理想的智能照明控制且在节能方面也有着重大的经济价值。
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