基于CAN總線(xiàn)的智能照明控制系統

隨著(zhù)經(jīng)濟建設的日益發(fā)展和社會(huì )物質(zhì)文化水平的不斷提高，人們開(kāi)始追求燈光藝術(shù)帶來(lái)的美的享受，注重照明和其他相關(guān)設備、系統的整體控制效果，照明控制系統的安裝捷性、可靠性和經(jīng)濟性已經(jīng)成為關(guān)注的熱點(diǎn)，智能大廈內需大量的燈光照明設備，傳統的控制方法是將被控制的設備連線(xiàn)引入控制室，這樣不僅造成電力電纜鋪設過(guò)多，增加了投資成本，而且還大大增加了燈回路的輻射干擾，對空間電磁環(huán)境造成了污染，智能照明控制系統為智能辦公大廈的照明提供了新途徑。

隨著(zhù)微機控制技術(shù)的發(fā)展，出現了微機型燈光控制系統，它采用網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)，使得照明燈的電力線(xiàn)路可以不再經(jīng)過(guò)控制室，而直接引入頂棚或馬道。這種控制方法不僅可以方便地控制更燈光的亮度，還減少了電力線(xiàn)路及相應設施投資，減少了燈回路的輻射干擾，而且可以使燈回路采用母線(xiàn)方式布線(xiàn)，線(xiàn)路規整，便于安裝維修。但在目前使用的微機型燈光控制系統中，由于網(wǎng)絡(luò )通信大多采用rs-232、rs-485、20ma電流環(huán)等通信方式，因而普遍存在通信距離短、數據傳輸速度慢、誤碼率高、可靠性差等問(wèn)題。

在微機燈光控制系統中引入開(kāi)放系統互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò )--現場(chǎng)總線(xiàn)可解決上述問(wèn)題，本文介紹的基于can總線(xiàn)的微機燈光控制系統就是采用現場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)，構成全分散式微機燈光控制系統，有效地解決了微機型燈光控制系統的不足，can總線(xiàn)所需的完善的通信協(xié)議可由can控制器芯片和接口芯片實(shí)現，大大降低了系統的開(kāi)發(fā)難度、組成成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期，這些是目前can總線(xiàn)應用于眾多領(lǐng)域、具有強勁的市場(chǎng)競爭力的原因，也是在燈光控制系統中選用can網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)的理由所在。該系統投資少、功能強、可靠性高、便于擴展，特別適合大型的智能辦公大廈對燈光設備的控制需要。

1 系統的總體設計思想

系統設計從保證系統可靠性和降低成本并具有通用性、實(shí)時(shí)性和可擴展性等方面著(zhù)手。

（1）網(wǎng)絡(luò )拓撲采用總線(xiàn)式結構，如圖1所示，這種結構比環(huán)形結構吞吐率低，但結構簡(jiǎn)單、成本低、且無(wú)源抽頭連接，系統可靠性高。

（2）can總線(xiàn)控制器工作于多主方式，采用多主站依據優(yōu)先權訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)，支持主從或廣播方式，最大網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)110個(gè)，最大傳輸速率1mbps，最遠距離10km（也可以接can中繼器增加距離，但通信速率會(huì )下降），同時(shí)具有極強的錯誤處理能力。

（3）can遵循iso標準模式，具體定義了數據鏈路層和物理層，在工程上，這兩層通常由can控制器和收發(fā)器實(shí)現，can總線(xiàn)控制器通常有兩類(lèi)：一類(lèi)是在片的can微控制器。采用這種器件可以方便用戶(hù)制作印刷板、電路圖也比較緊湊，另一類(lèi)是獨立的can控制器，可以使開(kāi)發(fā)人員根據需要選用比較實(shí)用的單片機，本系統選擇獨立的can控制器。

（3）該系統的上位機是pc機，由于pc機有多條擴展槽，利用局域網(wǎng)通信卡、使得該系統很容易與其他部門(mén)聯(lián)網(wǎng)，便于統一調度和管理，另外選用pc機還可以充分利用現有的軟件工具和開(kāi)發(fā)系統，方便快捷地設計功能豐富的計算機軟件，該系統的控制臺由pc機、pc總線(xiàn)適配卡和相應的軟件組成。

（5）傳輸介質(zhì)采用雙絞線(xiàn)，為了進(jìn)一步提高系統的抗干擾能力，在控制器與傳輸介質(zhì)之間采取光電隔離。

（6）信息傳輸采用can通信協(xié)議，該系統的主要通信方式是控制臺向各個(gè)控制器發(fā)送控制數據以及各控制器向控制臺發(fā)揮各種檢測信息。

2 智能照明節點(diǎn)模塊的硬件設計

智能節點(diǎn)結構框圖如圖2所示。

從成本和難易程度考慮，系統采用at89c52作微控制器。at89c52是一種高性能、低功耗采用coms工藝制造的8位微控制器，擁有8kb的可編程閃存，它為很多嵌入式控制系統提供了一種高效靈活的解決方案，其功能是根據上位機的給定值控制執行器，系統的執行器是可控硅控制電路，通過(guò)它提供均勻可調的輸出電壓以調節電燈的亮度。

上位機可以根據傳感器所提供的外界光照度，判斷此時(shí)的燈光亮度范圍，再向控制器發(fā)送控制數據，使執行器按照設定的值調節燈光亮度，傳感器1采用光敏傳感器可將光信號變成電信號、電信號的大小隨光的強弱成比例變化，所以使用它可以根據室外光線(xiàn)照度的變化對燈光進(jìn)行調節，在保證一定標準照度的同時(shí)最大限度地節約能源。傳感器2是熱釋電傳感器，其只對運動(dòng)的人或物體敏感，利用它可以知道房間里是否有人，進(jìn)而可以及時(shí)地將無(wú)人區的燈關(guān)掉，以免造成不必要的浪費。

can控制器選用philips公司生產(chǎn)的sja1000。它是pca82c200的替代產(chǎn)品，可完成can通信協(xié)議所要求的全部特性，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的總線(xiàn)連接可以完成can總線(xiàn)的物理層和數據鏈路層的所有功能，它能夠提供總線(xiàn)仲裁及錯誤檢測功能，并且在檢測到錯誤時(shí)能自動(dòng)重復發(fā)送數據，從而減少數據的丟失，確保了系統的可靠性，它通過(guò)直接內存映射方式訪(fǎng)問(wèn)can控制器，同時(shí)，新增加的can模式（pelican）還可以支持can2.0b協(xié)議。

can收發(fā)器采用philips公司生產(chǎn)的pca82c250，它是can控制器與物理總線(xiàn)之間的接口，提供向總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送功能和對can控制器的差動(dòng)接收功能。

采用光電耦合是為將網(wǎng)絡(luò )與系統內部隔離，以提高抗干擾能力，這里采用高速光電耦合器6n137。

看門(mén)狗采用集看門(mén)狗、復位電路與eprom于一體的x25045，由于看門(mén)狗和eprom有著(zhù)重要的作用，看門(mén)狗可以防止因程序的"跑飛"而引起故障。eprom可以存儲掉電前所需保護重要參數、can節點(diǎn)的配置參數，包括屏蔽字和校驗碼、報文定義等。

can總線(xiàn)適配卡可以自己設計，但目前市場(chǎng)上的can總線(xiàn)通信適配卡產(chǎn)品較多，而且技術(shù)也很成熟，所以選用了北京華控公司的hk--caniso智能pc總線(xiàn)通信適配卡。

3 智能照明系統的軟件設計

智能照明節點(diǎn)模塊的軟件采用結構化設計，具有良好的模塊性，可修改性和可移植性。程序用franklin c51和asm51語(yǔ)言混合編寫(xiě)，franklin c51是一種與c語(yǔ)言十分類(lèi)似的高級語(yǔ)言，具有較高的效率，可讀性好，易于修改，采用c51可減輕軟件編程的工作量，軟件設計主要包括單片機的初始化程序、報文發(fā)送和接收程序以及can總線(xiàn)的初始化設計，這是can總線(xiàn)設計中的重要一環(huán)，也是一個(gè)設計難點(diǎn)，為了提高通信的實(shí)時(shí)性，采用中斷接收方式，為了能支持更多的can協(xié)議功能，在初始化時(shí)使sja1000工作在peli can模式，智能照明節點(diǎn)的主流程如圖3所示。

上位機監控軟件采用delphi實(shí)現，具有良好的界面和可操作性。

國外的智能照明控制系統廣泛地應用于建筑領(lǐng)域，無(wú)論室內、室外，然而我國在燈光調控、節能方面的研究起步較晚（目前，燈光調控在美國的使用率70%，歐洲40%-50%，亞洲10%-15%，在日、韓占15%-20%，而中國還不到1‰），當前較先進(jìn)、流行的燈光控制系統采用的"shownet"數字網(wǎng)絡(luò )也只是為將來(lái)應用can協(xié)議打下基礎，本文在智能照明控制系統中應用can總線(xiàn)技術(shù)，通過(guò)上位計算機進(jìn)行燈光調控，有一定先進(jìn)性。該系統經(jīng)擴展后有著(zhù)非常廣闊的應用前景，不僅是辦公大樓、商業(yè)中心等公共場(chǎng)所理想的智能照明控制且在節能方面也有著(zhù)重大的經(jīng)濟價(jià)值。