基于CAN总线的智能照明系统的设计及其实现.doc

摘　　要
智能照明控制系统是自动化技术在照明控制领域应用和推广，它不仅是实现照明艺术性和舒适性有效手段，而且迎合绿色照明发展方向，是节省能源、缓解未来能源危机有效方法，其发展前景很宽广。现场总线是连接现场设备和自动化系统通信网络，含有全数字信号传输、控制功效分散、开放等特点。CAN总线是现场总线之一，它含有可靠性高、价格低廉等优势，得到了广泛应用。
本文设计了基于CAN总线智能照明控制系统。该系统是一个分布式控制系统，既能分散控制又能集中管理，在中央控制室，管理人员能够经过合理设置发明舒适环境，同时又达成节省能源效果。智能控制器经过照度传感器测得周围环境照度，和设定值比较从而调整光源输出使光照度达成最适宜水平；控制器经过红外传感器探测是否有些人，自动将无人区域灯关闭。
本课题关键完成了以AT89C52为关键CAN节点硬件设计，包含数据采集模块电路设计，实施器模块电路设计和网络通信部分电路设计。在软件设计中利用模块化编程思想首先讨论了控制器实现控制功效程序设计及控制器和物理总线通信功效程序设计,并给出设计步骤图，最终对通信实现部分包含对信息发送和接收做了具体说明。
试验测试结果表明，本文提出基于CAN总线智能照明控制系统方案是可行，且系统各个部分电路运行稳定可靠，满足设计功效和要求。

关键词：CAN总线；智能照明；调光

Abstract

The intelligent illumination control system is the application and popularity of automation technology. It is not only the effective realization methods of aesthetical and comfortable light but also accordance with the “Green Illumination”and its direction of development that is an approval of saving energy and alleviating energy crisis, so that it has a promising brilliant prospect. Field-bus, a communication network for connecting equipments in field and automation system, has lots of prominent features such as totally digital transmission, distributed control function, opening system CAN-bus, which is one of Field-buses, has advantages in high real ability and low cost so as to it has been used largely in many fields.
This paper introduced an intelligent lighting system based on CAN bus. The intelligent lighting system is a distributed control system, which can realize decentralized control and centralized management. In the main control room, administrative staff can create a comfortable environment via proper configuration, meanwhile, energy saving can be achieved, too. The intelligent controller detects environment illumination level through optic electric transducer. Then it compares the value with set point. Finally, it adjusts output of light to expected level. Via infrared sensor, the controller will turn off light of void area automatically.
This paper mainly introduced hardware design of CAN node based on AT89C52, including circuit design of data acquisition module (DAM), actuator module, and network communication. Block programming methods were applied to software design of lighting control system, including main procedure design and communication procedure design of the controller, and communication protocol for application layer of CAN bus was made, too.
The experiment shows that the intelligent lighting control system based on CAN bus proposed in this paper is feasible, and each circuit of the system can be operated stable and reliable, which meets the designed function and requirements as well.
Key Words：CAN bus, Intelligent lighting, Light-adjusting

目　　录

摘　　要 1
Abstract 2
引　　言 3
1绪论 4
1.1课题背景 4
1.1.1研究目标 4
1.1.2研究意义 4
1.1.3关键研究内容 5
1.2基于CAN总线智能照明系统设计及其中国外相关技术发展现实状况 6
2 基于CAN总线智能照明系统设计方案 7
2.1 CAN总线特点 7
2.2 CAN总线在智能照明系统中应用优势 7
2.3智能照明系统功效需求 8
2.4网络拓扑结构及通讯方法 8
2.4.1网络拓扑结构 8
2.4.2通讯方法 9
2.5 CAN总线照明系统体系结构 9
2.6智能照明系统硬件设计方案 10
2.6.1方案设定标准 10
2.6.2硬件设计方案确定 10
3基于CAN总线智能照明系统硬件设计 12
3.1控制单元硬件总体框架 12
3.2数据采集模块电路设计 12
3.2.1照度检测模块电路 13
3.2.2红外探测模块电路设计 15
3.3实施器电路设计 16
3.3.1开关电路设计 16
3.3.2调光控制电路设计 17
3.4 CAN 总线站点接口电路设计 21
4基于CAN总线智能照明控制系统软件 25
4.1软件编程思想 25
4.2控制器控制功效实现 25
4.3 CAN总线通信实现 29
4.3.1初始化 29
4.3.2信息发送功效实现 32
4.3.3信息接收功效实现 33
结 论 34
参 考 文 献 35
附录A 基于CAN总线智能照明系统电路原理图 36
致 谢 37

引　　言
智能化已经成为当今建筑发展主流技术，涵盖从空调系统、消防系统到安防系统和完善计算机网络和通信系统。伴随智能建筑发展，长久以来，智能照明系统一直是被忽略部分，大多数建筑物仍采取传统照明控制方法，即使部分智能大厦采取楼宇自控(BA)系统来监控照明，但实现也只是简单区域控制、定时开关和预设场景控制。这种控制方法不能伴随外界环境改变而改变，在相对固定电气设计下，不能提供一个舒适工作环境，带来便是工作效率降低，能够说灵活性比较差，而且，在能源方面，造成是能源大量浪费。对于电力资源相对担心中国，这无疑是一个负担。
现场总线是当今工业控制领域技术发展热点。它出现和发展，为分布式控制系统实现各节点之间实时可靠数据通信提供了强有力支持。CAN（Controller Area Network）是一个有效支持分布式实时控制串行通信网络,较传统分布式控制而言，含有显著优越性。该系统采取CAN环形冗余结构，给出了系统总体结构和控制模块硬件设计方案，并简单介绍了网络通讯和控制软件设计及实现过程。CAN总线控制器可工作于多个方法，并采取无损结构逐位仲裁竞争方法向总线公布数据。它废除了站地址编码，代之以对通信数据进行编码，这可使不一样节点同时接收到相同数据，使CAN总线组成网络测控节点之间数据通信实时性更强，而且轻易组成冗余结构，提升系统可靠性和灵活性。
设计中介绍基于CAN总线智能照明控制系统，它所含有功效强大，稳定可靠，技术优异，便于扩展特点，使其含有广泛应用前景。依据系统总体功效要求，首先简单介绍了控制硬件总体结构，接着从硬件设计具体内容入手，具体叙述了组成控制系统数据采集模块和实施器模块功效要求,原理设计和实现方法等。最终简单介绍了CAN总线控制器和驱动器结构和功效，并具体叙述了系统中CAN总线接口设计方法，从而完成了含有CAN通讯功效智能照明控制器硬件设计。对于系统软件组成份别就控制部分程序、控制器和总线通信部分软件作了具体叙述。在控制器控制部分给出了控制器主程序步骤图和对应处理子程序步骤图。

1绪论
1.1课题背景
1.1.1研究目标
在现代化生活中，灯光照明设备无处不在，而对其进行有效控制显然至关关键。传统控制方法需要将被控制设备电力线路引入控制室，不仅造成电力电缆铺设过多，增加了投资成本，而且还增加了照明回路电磁辐射干扰，降低了系统可靠性。利用网络控制技术进行控制是照明控制系统发展方向。然而现在照明控制系统普遍存在通信距离短，数据传输速率慢，误码率高，可靠性差等问题。所以迫切需要在照明控制系统中引入新技术，研究新方案处理上述问题。
现场总线是当今工业控制领域技术发展热点。它出现和发展，为分布式控制系统实现各节点之间实时可靠数据通信提供了强有力支持。CAN（Controller Area Network）是一个有效支持分布式实时控制串行通信网络，较传统基于RS485总结构建分布式控制系统而言，含有显著优越性。CAN总线控制器可工作于多个方法，并采取无损结构，逐位仲裁竞争方法向总线公布数据。它废除了站地址编码，代之以对通信数据进行编码，这可使不一样节点同时接收到相同数据，使CAN总线组成网络测控节点之间数据通信实时性更强，而且轻易组成冗余结构，提升系统可靠性和灵活性。其次，CAN总线经过CAN控制器接口芯片PAC82C2502个输出端CANH和CANL和物理总线相连。当系统有错误出现多节点同时向总线发送数据时，系统将不会出现总线短路，损坏一些节点问题，而且CAN节点在错误严重情况下含有自动关闭功效，确保不会出现RS485 网络中因部分节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。最终，CAN总线所需完善通信协议可由CAN控制器芯片和接口芯片来实现，降低了系统开发难度和系统组成成本，缩短了开发周期。

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