基于CAN總線的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

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摘要

智能照明控制系統(tǒng)是自動(dòng)化技術(shù)在照明控制領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，它不僅是實(shí)現(xiàn)照明藝術(shù)性和舒適性的有效手段，而且迎合綠色照明的開展方向，是節(jié)約能源、緩解未來能源危機(jī)的有效措施，其開展前景非常廣闊?，F(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，具有全數(shù)字信號(hào)傳輸、控制功能分散、開放等特點(diǎn)。CAN總線是現(xiàn)場總線之一，它具有可靠性高、價(jià)格低廉等優(yōu)勢，得到了廣泛的應(yīng)用。

本文設(shè)計(jì)了基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種分布式的控制系統(tǒng)，既能分散控制又能集中管理，在中央控制室，管理人員可以通過合理的設(shè)置創(chuàng)造舒適的環(huán)境，同時(shí)又到達(dá)節(jié)約能源的效果。智能控制器通過照度傳感器測得周圍環(huán)境的照度，與設(shè)定值比擬從而調(diào)節(jié)光源的輸出使光照度到達(dá)最適宜的水平；控制器通過紅外傳感器探測是否有人，自動(dòng)將無人區(qū)域的燈關(guān)閉。

本課題主要完成了以AT89C52為核心的CAN節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)采集模塊的電路設(shè)計(jì)，執(zhí)行器模塊的電路設(shè)計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)通信局部電路設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中利用模塊化編程思想首先討論了控制器實(shí)現(xiàn)控制功能的程序設(shè)計(jì)及控制器與物理總線通信功能的程序設(shè)計(jì),并給出設(shè)計(jì)流程圖，最后對(duì)通信的實(shí)現(xiàn)局部包括對(duì)信息的發(fā)送和接收做了詳細(xì)的說明。

實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果說明，本文提出的基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)的方案是可行的，且系統(tǒng)的各個(gè)局部電路運(yùn)行穩(wěn)定可靠，滿足設(shè)計(jì)功能和要求。

關(guān)鍵詞：CAN總線；智能照明；調(diào)光

Abstract

Theintelligentilluminationcontrolsystemistheapplicationandpopularityofautomationtechnology.Itisnotonlytheeffectiverealizationmethodsofaestheticalandfortablelightbutalsoaccordancewiththe“GreenIllumination〞anditsdirectionofdevelopmentthatisanapprovalofsavingenergyandalleviatingenergycrisis,sothatithasapromisingbrilliantprospect.Field-bus,amunicationnetworkforconnectingequipmentsinfieldandautomationsystem,haslotsofprominentfeaturessuchastotallydigitaltransmission,distributedcontrolfunction,openingsystemCAN-bus,whichisoneofField-buses,hasadvantagesinhighrealabilityandlowcostsoastoithasbeenusedlargelyinmanyfields.

ThispaperintroducedanintelligentlightingsystembasedonCANbus.Theintelligentlightingsystemisadistributedcontrolsystem,whichcanrealizedecentralizedcontrolandcentralizedmanagement.Inthemaincontrolroom,administrativestaffcancreateafortableenvironmentviaproperconfiguration,meanwhile,energysavingcanbeachieved,too.Theintelligentcontrollerdetectsenvironmentilluminationlevelthroughopticelectrictransducer.Thenitparesthevaluewithsetpoint.Finally,itadjustsoutputoflighttoe*pectedlevel.Viainfraredsensor,thecontrollerwillturnofflightofvoidareaautomatically.

ThispapermainlyintroducedhardwaredesignofCANnodebasedonAT89C52,includingcircuitdesignofdataacquisitionmodule(DAM),actuatormodule,andnetworkmunication.Blockprogrammingmethodswereappliedtosoftwaredesignoflightingcontrolsystem,includingmainproceduredesignandmunicationproceduredesignofthecontroller,andmunicationprotocolforapplicationlayerofCANbuswasmade,too.

Thee*perimentshowsthattheintelligentlightingcontrolsystembasedonCANbusproposedinthispaperisfeasible,andeachcircuitofthesystemcanbeoperatedstableandreliable,whichmeetsthedesignedfunctionandrequirementsaswell.

KeyWords：CANbus,Intelligentlighting,Light-adjusting

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目錄

摘要

1

Abstract

2

引言

3

1緒論

4

1.1課題背景

4

研究目的

4

研究意義

4

主要研究內(nèi)容

5

1.2基于CAN總線的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的開展現(xiàn)狀

6

2基于CAN總線的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

7

2.1CAN總線的特點(diǎn)

7

2.2CAN總線在智能照明系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢

7

2.3智能照明系統(tǒng)的功能需求

8

2.4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造及通訊方式

8

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造

8

通訊方式

9

2.5CAN總線照明系統(tǒng)的體系構(gòu)造

9

2.6智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案

10

方案設(shè)定原則

10

硬件設(shè)計(jì)方案確定

10

3基于CAN總線的智能照明系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

12

3.1控制單元硬件總體框架

12

3.2數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì)

12

照度檢測模塊電路

13

紅外探測模塊電路設(shè)計(jì)

15

3.3執(zhí)行器電路設(shè)計(jì)

16

開關(guān)電路設(shè)計(jì)

16

調(diào)光控制電路設(shè)計(jì)

17

3.4CAN總線站點(diǎn)接口電路設(shè)計(jì)

21

4基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)軟件

25

4.1軟件編程思想

25

4.2控制器控制功能的實(shí)現(xiàn)

25

4.3CAN總線通信的實(shí)現(xiàn)

29

初始化

29

信息發(fā)送功能的實(shí)現(xiàn)

32

信息接收功能的實(shí)現(xiàn)

33

結(jié)論

34

參考文獻(xiàn)

35

附錄A基于CAN總線的智能照明系統(tǒng)電路原理圖

36

致謝

37

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引言

智能化已經(jīng)成為當(dāng)今建筑開展的主流技術(shù)，涵蓋從空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)到安防系統(tǒng)以及完善的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)。隨著智能建筑的開展，長期以來，智能照明系統(tǒng)一直是被忽略的局部，大多數(shù)的建筑物仍采用傳統(tǒng)的照明控制方式，雖然局部智能大廈采用樓宇自控(BA)系統(tǒng)來監(jiān)控照明，但實(shí)現(xiàn)的也只是簡單的區(qū)域控制、定時(shí)開關(guān)和預(yù)設(shè)的場景控制。這種控制方式不能隨著外界環(huán)境的變化而變化，在相對(duì)固定的電氣設(shè)計(jì)下，不能提供一個(gè)舒適的工作環(huán)境，帶來的便是工作效率的降低，可以說靈活性比擬差，而且，在能源方面，造成的是能源的大量浪費(fèi)。對(duì)于電力資源相對(duì)緊*的中國，這無疑是一種負(fù)擔(dān)。

現(xiàn)場總線是當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域技術(shù)開展的熱點(diǎn)。它的出現(xiàn)與開展，為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的支持。CAN〔ControllerAreaNetwork〕是一種有效支持分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò),較傳統(tǒng)的分布式控制而言，具有明顯的優(yōu)越性。該系統(tǒng)采用CAN環(huán)形冗余構(gòu)造，給出了系統(tǒng)的總體構(gòu)造以及控制模塊硬件設(shè)計(jì)方案，并簡單介紹了網(wǎng)絡(luò)通訊和控制軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程。CAN總線控制器可工作于多種方式，并采用無損構(gòu)造逐位仲裁競爭方式向總線發(fā)布數(shù)據(jù)。它廢除了站地址編碼，代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)展編碼，這可使不同節(jié)點(diǎn)同時(shí)承受到一樣的數(shù)據(jù)，使CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)測控節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余構(gòu)造，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

設(shè)計(jì)中介紹的基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)，它所具有的功能強(qiáng)大，穩(wěn)定可靠，技術(shù)先進(jìn)，便于擴(kuò)展的特點(diǎn)，使其具有廣泛的應(yīng)用前景。根據(jù)系統(tǒng)的總體功能要求，首先簡單介紹了控制的硬件總體構(gòu)造，接著從硬件設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容入手，詳細(xì)論述了構(gòu)成控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊和執(zhí)行器模塊的功能要求,原理設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法等。最后簡單介紹了CAN總線控制器和驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)造和功能，并詳細(xì)論述了系統(tǒng)中CAN總線接口的設(shè)計(jì)方法，從而完成了具有CAN通訊功能的智能照明控制器的硬件設(shè)計(jì)。對(duì)于系統(tǒng)的軟件組成分別就控制局部程序、控制器與總線的通信局部軟件作了詳細(xì)的闡述。在控制器控制局部給出了控制器主程序流程圖和相應(yīng)的處理子程序流程圖。

1緒論

1.1課題背景

研究目的

在現(xiàn)代化生活中，燈光照明設(shè)備無處不在，而對(duì)其進(jìn)展有效的