基于can总线的智能照明控制系统

基于can总线的智能照明控制系统智能照明控制系统为现代化建筑楼宇照明提供了新途径，微机型灯光控制系统。它采用网络控制技术, 使得照明灯的电力线路可以不再经过控制室, 而直接引顶棚或马道。这种控制方法不仅可以方便地控制灯光的亮度, 还减少了电力线路及相应设施投资, 减少了灯回路的辐射干扰, 而且可以使灯回路采用母线方式布线, 线路规整, 便于安装维修。CAN 总线所需的完善的通信协议可由CAN控制器芯片和接口芯片实现, 大大降低了系统的开发难度、组成成本、缩短了开发周期。CAN 总线简介CAN 是控制器局域网的简称, 出现在80年代末, 最早由德国osch公司提出, 用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。CAN 属于现场总线的范畴, 是国际上应用最广泛的现场总线之一, 其总线规范己被ISO 国际标准化组织制定为国际标准。CAN协议也是建立在ISO /OSI模型基础上, 它采用了OSI底层的物理层、数据链路层和高层的应用层, 其信号传输介质为双绞线。最高通信速率为1Mbps(通信距离为40m, 最远通信距离可达10km (通信速率为5kbp s) , 节点总数可达110个。具有实时性强、可靠性高、通信速率快、结构简单、互操作性好、总线协议具有完善的错误处理机制、灵活性高和价格低廉等特点。由于近几年来CAN总线技术逐步在我国推广开来, CAN 总线技术的独特特点。传输数据的可靠性和实时性, 已获得国际自动化控制领域的认可, 其应用前景十分光明, 国内推动CAN总线技术进步的应用事例不断扩展, 积极促进了我国自动化技术的进步。由于CAN总线本身的特点, 其应用范围己经扩展到过程工业、机械工业、机器人、数控机床、医疗机械、家用电器及传感器等领域。2照明控制系统的总体设计思想及结构框图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。网络拓扑采用总线式结构, 这种结构比环型结构吞吐率低, 但结构简单、成本低, 且无源抽头连接, 系统可靠性高。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1M bps, 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。( 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: 一类是在片内的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。4) 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连网, 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

是控制向各个控制器发送控制数据以及各控制器向控制台发回各种检测信息。图1? 系统结构框图照明控制系统的总体框图如上图1所示。上位机采用工业控制计算机, 负责系统数据的接收与管理、控制命令的发送、系统工作过程的实时显示等。各智能节点作为下位机, 采用ATM EL

公司生产的AT89C52单片机作为微处理器, 负责本单元内照明区域的现场数据检测以及工作状态的控制等。智能节点内的CAN总线控制器SJA1000负责接收来自CAN 总线的数据以及通过CAN 总线向上位机发送数据。上位机通过插在PC总线扩展槽内的智能CAN 总线通信适配卡连接到CAN总线上。智能节点也可以脱离上位机, 直接进行现场手动控制。节点数量可根据建筑物的规模和照明系统灯具功能的种类增减。3? 智能照明节点模块的硬件设计智能节点结构框图如图2所示图2? 智能节点原理框图从成本和难易程度考虑, 电路采用AT89C52微处理器单片机为微控制器, AT89C52是美国ATMEL公司开发生产的八位单片机, 具有如下资源: 8K 字节的闪烁可编程及可擦除只读存储器,256字节的RAM, 4个并行口, 3个16位定时器计数器, 两种优先级的6个中断源, 一个全双工串行口, 片内振荡器与时钟电路。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。传输介质采用双绞线, 通信速率设为20kbs, CAN 总线任意两节点之

间的距离可以达到3. 3km, 完全可以满足建筑物内部的通信要求。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, 其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程度地节约能源。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。智能节点工作现场往往存在大量的干扰源, 如果CAN 总线与CAN控制器之间没有隔离, 那么一旦干扰串CANBUS通讯线路, 就会影响CAN 控制器正常工作, 使微处理器工作出现混乱, 进而影响控制柜主电脑。针对上述问题, 在电路中加入光电隔离芯片6N137, 信号从6N137的输入端引脚输入发光二极管发光, 经片内光通道传送到光敏二极管, 反向偏置的光敏二极管经光照后导通, 经电流? 电压转换后送到与门的有关输入端, 与门的另一个输入端为使能端, 当使能端为高电平时与门输出高电平, 经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低电平时, 则输出高电平, 但这个逻辑高是集电极开路的, 可对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。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的重要参数、CAN 节点的配置参数, 包括屏蔽字和验收码、报文定义等。4? 系统软件设计系统的软件设计主要包括上位机的通信处理软件和现场测控节点的数据采集与处理软件的编写。上位机软件采用VC + + 6. 0面向对象的软件开发工具编写, 包括系统监控、通信管理、数据处理、控制命令、动态显示等模块, 具有界面友好、显示直观、操作方便等优点。系统运行时, 各检测点和控制点的位置以图形方式形象地显示在上位机显

示器上, 检测和控制状态在各自位置

旁动态显示, 操作者经简单培训即可对整个系统进行控制。主程序流程图如图3所示。上位机首先对CAN总线适配卡及自身初始化, 然后发送命令通知特定节点向CAN 总线上发数据, 通过CAN 总线适配卡转换后, 再由上位机根据实际情况进行相应的处理。上位机采用定时循环方式向各个节点发命令, 而采用中断方式接收数据。图3? 上位机主程序框图测控节点模块软件设计采用KELIC编写编程, 节点软件由初始化、发送数据和中断处理3个部分组成, 主要完成两项任务: 一是控制命令的实现, 二是当上位机请求数据时将节点所在现场的状态或诊断信息等数据传送给上位机。