LIN總線(xiàn)技術(shù)在教學(xué)樓照明系統中的應用

3 系統實(shí)現

3.1系統組成

教學(xué)樓照明控制系統的基本組成包括主控中心、照明控制器、動(dòng)態(tài)傳感器和照度傳感器等，系統使用通用計算機作為主控中心，通過(guò)通訊裝置與網(wǎng)絡(luò )實(shí)現通訊。計算機上可直接實(shí)現編程、監控、故障報警等功能。照明控制器是智能照明控制系統的核心部分，既可獨立工作，也可以由計算機中心控制。動(dòng)態(tài)傳感器利用紅外線(xiàn)或超聲波的原理，自動(dòng)識別房間內是否有人存在，從而給控制器發(fā)送信號，實(shí)現“人來(lái)燈亮，人走燈滅”的動(dòng)態(tài)控制功能。照度傳感器核心部件是光電耦合器，照度傳感器通過(guò)感應外部自然光源的照度來(lái)調節室內照明的亮度，實(shí)現智能探測和智能調節的功能。

3.2 系統結構原理

系統總體結構如圖3 所示。每個(gè)教學(xué)樓的燈光控制系統干線(xiàn)采用CAN總線(xiàn)，支線(xiàn)采用LIN總線(xiàn)。每個(gè)教室內組成一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò )，根據需要設置LIN從節點(diǎn)的個(gè)數。

主機節點(diǎn)采集本地各控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，并接受上層網(wǎng)絡(luò )CAN總線(xiàn)上的遠程信息，據此產(chǎn)生控制指令，并將指令轉換為L(cháng)IN報文幀，通過(guò)LIN網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給相應從機節點(diǎn)。從機節點(diǎn)通過(guò)收發(fā)器TJA1020接收到與自己相關(guān)的報文幀后，對報文幀進(jìn)行拆封、解讀，然后根據獲得的指令控制相應的執行器動(dòng)作，從而實(shí)現對各個(gè)照明燈狀態(tài)的控制。同時(shí)，在需要時(shí)從機節點(diǎn)分別將其控制部件所處狀態(tài)反饋給主機節點(diǎn)，主機節點(diǎn)再將該狀態(tài)信息通過(guò)指示燈等形式通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)給其他控制單元。

從節點(diǎn)的設計分為兩個(gè)模塊，即傳感器模塊和執行器模塊。傳感器用于檢測室內光線(xiàn)度等信息，當傳感器檢測到有人時(shí)，立刻判斷此時(shí)教室內的光線(xiàn)是否適合學(xué)習，并將此信息通過(guò)LIN總線(xiàn)傳給主節點(diǎn)，主節點(diǎn)收到消息后，判斷該情況對應的燈光控制模式，然后向LIN總線(xiàn)發(fā)送帶相應標識符場(chǎng)的報文頭，啟動(dòng)一次主節點(diǎn)向從節點(diǎn)發(fā)送數據的LIN總線(xiàn)通信。等待LIN總線(xiàn)處理該報文幀之后，主節點(diǎn)啟動(dòng)一次從節點(diǎn)向主節點(diǎn)發(fā)送數據的LIN總線(xiàn)通信，該從節點(diǎn)即為前一次LIN總線(xiàn)通信中，接收到主節點(diǎn)命令的從節點(diǎn)。如果主節點(diǎn)接收到的從節點(diǎn)數據與理論上應該收到的數據不符，主節點(diǎn)上的報錯指示燈點(diǎn)亮，并可以顯示發(fā)生故障的從節點(diǎn)號碼。

3.3 LIN節點(diǎn)實(shí)現

LIN網(wǎng)絡(luò )的主機節點(diǎn)和從機節點(diǎn)采用MCS-51系列單片機AT89C51和PHLIP的TJA1020收發(fā)器組成，LIN協(xié)議控制器AT89C51是低功耗/低電壓、高性能CMOS 8位單片機?？臻e方式停止CPU工作，但允許RAM，定時(shí)/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復位。TJA1020是LIN主/從協(xié)議控制器和LIN物理總線(xiàn)之間的接口。它使用的波特率可從2.4到20Kbits/s?？刂破髟赥XD管腳輸入的發(fā)送數據流通過(guò)LIN收發(fā)器轉換成LIN總線(xiàn)信號，并由收發(fā)器控制轉換速率和波形，減少EME。

3.3.1 LIN主節點(diǎn)設計

LIN主節點(diǎn)硬件原理如圖2所示。由LIN協(xié)議的分析可知，在一次幀通信過(guò)程中，主從節點(diǎn)在大部分時(shí)間里是以標準的串行通信數據幀的形式交換數據的，通信的關(guān)鍵是要實(shí)現主節點(diǎn)和從節點(diǎn)的同步。在同步過(guò)程中，主、從節點(diǎn)所執行的操作是不同的：主機節點(diǎn)的任務(wù)是要發(fā)送報文頭，從節點(diǎn)的任務(wù)是接收和判斷報文頭，實(shí)現與主節點(diǎn)的同步。

報文頭的間隔場(chǎng)是一個(gè)基于主機節點(diǎn)時(shí)鐘頻率的13個(gè)以上位時(shí)（bit time）和至少1個(gè)位時(shí)的間隔界定符。對主節點(diǎn)來(lái)講，這一部分是實(shí)現主節點(diǎn)功能的關(guān)鍵。一般情況下，串行口和I/O口（TXD,RXD）都是復用的，本系統中首先利用TXD管腳，將其作為I/O口使用，在程序中利用定時(shí)器在TXD/P3.1管腳上延時(shí)一個(gè)13個(gè)bit位定時(shí)的時(shí)間的低電平。也就是相當于在發(fā)送之前，控制TXD為高電平，在發(fā)送開(kāi)始的時(shí)候，首先在該管腳輸出一個(gè)低電平，利用定時(shí)器延時(shí)13bit位的時(shí)間，然后再拉高。

同步場(chǎng)的作用是使LIN從機和主機位速率同步，從而正確接收報文。當利用中斷和定時(shí)器進(jìn)行判別同步間隔后，就可以接收同步場(chǎng)。當主從節點(diǎn)的位速率相同時(shí)，同步場(chǎng)的數據可當串行數據發(fā)送和接收，沒(méi)有特殊的意義。