LIN總線(xiàn)技術(shù)在教學(xué)樓照明系統中的應用

1 引言

據調查，目前大多高校教學(xué)樓照明用電的管理基本是處于一種粗放式的管理狀態(tài)。其管理有三種模式：1）無(wú)專(zhuān)人管理，由學(xué)生自行控制開(kāi)啟，再由值日學(xué)生在中午、下午和晚自習后關(guān)閉燈具；2）利用定時(shí)開(kāi)關(guān)，根據作息時(shí)間開(kāi)啟和關(guān)閉整個(gè)教學(xué)樓的照明電源；3）由專(zhuān)人負責，即管理人員根據作息時(shí)間和天氣情況分樓或分層送電。這三種管理模式都不同程度地存在著(zhù)布線(xiàn)復雜、浪費電能、無(wú)法及時(shí)地保證各個(gè)教室的照度以及控制的準確程度低等缺陷[1]。在教學(xué)樓中引入智能照明系統可以有效地提高管理水平，改善工作和學(xué)習環(huán)境，達到良好的節能效果。

目前，智能照明控制系統按網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構主要分為總線(xiàn)式和以星形結構為主的混合式[2]。本文設計的教學(xué)樓智能照明系統采用CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò )體系結構，即干線(xiàn)采用CAN（Controller Area Network）總線(xiàn)，支線(xiàn)采用LIN（Local Interconnect Network）總線(xiàn)。CAN網(wǎng)絡(luò )是一種架構開(kāi)放、廣播式的新一代網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議，具有很高的可靠性，高速、長(cháng)距離傳輸，開(kāi)發(fā)系統廉價(jià)。LIN總線(xiàn)最初用于實(shí)現汽車(chē)內部諸多電子控制單元之間的通信，作為子網(wǎng)絡(luò )，用于一些不需要諸如CAN總線(xiàn)的帶寬和多功能場(chǎng)合。但是LIN的應用并不局限于汽車(chē)領(lǐng)域，在諸如工業(yè)控制領(lǐng)域也占有廣闊的應用地位和前景。

由于LIN總線(xiàn)基于通用UART接口，幾乎所有微控制器都具備LIN必需的硬件，網(wǎng)絡(luò )采用極少的信號線(xiàn)（一根12V信號總線(xiàn)和一個(gè)無(wú)固定時(shí)間基準的節點(diǎn)同步時(shí)鐘線(xiàn)），設備硬件成本低。使用LIN總線(xiàn)作為總線(xiàn)型樓宇智能照明控制系統的子網(wǎng)絡(luò )，可以兼顧通訊可靠，節省成本。

2 LIN總線(xiàn)通信規則

LIN的工作原理是基于單主/多從概念。如圖1所示，在一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò )中，由一個(gè)主節點(diǎn)以及多個(gè)從節點(diǎn)構成，主節點(diǎn)由主機任務(wù)和從機任務(wù)組成。而所有從機節點(diǎn)只包含從機任務(wù)。主節點(diǎn)用于控制LIN總線(xiàn)，它通過(guò)對從節點(diǎn)進(jìn)行查詢(xún)，將數據發(fā)布到總線(xiàn)上。從節點(diǎn)僅在主節點(diǎn)的命令下發(fā)送數據，從而在無(wú)需仲裁的情況下實(shí)現雙向通訊。

LIN協(xié)議的發(fā)送是由報文實(shí)現的，每個(gè)報文由主機節點(diǎn)發(fā)出的報文頭和主機或從機節點(diǎn)發(fā)出的報文響應組成。如圖2所示。報文的傳送是在主節點(diǎn)發(fā)出一個(gè)同步間隔場(chǎng)后開(kāi)始的，然后跟隨的是同步場(chǎng)和標識符字節。主節點(diǎn)通過(guò)在發(fā)送同步場(chǎng)可設定整個(gè)總線(xiàn)時(shí)鐘。標識符字節告訴LIN總線(xiàn)隨后將發(fā)送的是什么數據，并指明哪個(gè)節點(diǎn)應該應答及應答的長(cháng)度是多少。對于給定的命令，只有一個(gè)從節點(diǎn)可以應答。從機任務(wù)接收標識符后對標識符進(jìn)行濾波確認，當標識符表明節點(diǎn)與本次通信有關(guān)時(shí)，發(fā)送由數據和校驗組成的響應。從節點(diǎn)僅在主節點(diǎn)的控制下在LIN總線(xiàn)上發(fā)送數據。一旦數據發(fā)布到總線(xiàn)上，任何節點(diǎn)都可以接收該數據。因此，一個(gè)從節點(diǎn)向其它從節點(diǎn)發(fā)送數據無(wú)需主節點(diǎn)干預。由于LIN協(xié)議使用低成本RC振蕩器，因此從節點(diǎn)必須檢測主節點(diǎn)每次發(fā)送的波特率，并調整為當前速率[3]。

LIN總線(xiàn)可以用軟件編程實(shí)現各種特性，也可以通過(guò)軟/硬件功能增添新的特性，這樣不同的模塊就都可以用一個(gè)硬件或一個(gè)軟件平臺實(shí)現。LIN總線(xiàn)的靈活性有利于降低生產(chǎn)和軟/硬件維護方面的成本。因為L(cháng)IN總線(xiàn)協(xié)議非常簡(jiǎn)單，所以用質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的8位單片機就可以實(shí)現，從而降低系統總成本。