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隨著經濟建設的日益發展和社會物質文化水平的不斷提高，人們開始追求燈光藝術帶來的美的享受，注重照明和其他相關設備、系統的整體控制效果，照明控制系統的安裝捷性、可靠性和經濟性已經成為關注的熱點，智能大廈內需大量的燈光照明設備，傳統的控制方法是將被控制的設備連線引入控制室，這樣不僅造成電力電纜鋪設過多，增加了投資成本，而且還大大增加了燈回路的輻射干擾，對空間電磁環境造成了污染，智能照明控制系統為智能辦公大廈的照明提供了新途徑。 隨著微機控制技術的發展，出現了微機型燈光控制系統，它采用網絡控制技術，使得照明燈的電力線路可以不再經過控制室，而直接引入頂棚或馬道。這種控制方法不僅可以方便地控制更燈光的亮度，還減少了電力線路及相應設施投資，減少了燈回路的輻射干擾，而且可以使燈回路采用母線方式布線，線路規整，便于安裝維修。但在目前使用的微機型燈光控制系統中，由于網絡通信大多采用RS-232、RS-485、20mA電流環等通信方式，因而普遍存在通信距離短、數據傳輸速度慢、誤碼率高、可靠性差等問題。 在微機燈光控制系統中引入開放系統互聯的通信網絡--現場總線可解決上述問題，本文介紹的基于CAN總線的微機燈光控制系統就是采用現場總線控制技術，構成全分散式微機燈光控制系統，有效地解決了微機型燈光控制系統的不足，CAN總線所需的完善的通信協議可由CAN控制器芯片和接口芯片實現，大大降低了系統的開發難度、組成成本，縮短了開發周期，這些是目前CAN總線應用于眾多領域、具有強勁的市場競爭力的原因，也是在燈光控制系統中選用CAN網絡總線的理由所在。該系統投資少、功能強、可靠性高、便于擴展，特別適合大型的智能辦公大廈對燈光設備的控制需要。 1 系統的總體設計思想 系統設計從保證系統可靠性和降低成本并具有通用性、實時性和可擴展性等方面著手。 （1）網絡拓撲采用總線式結構，如圖1所示，這種結構比環形結構吞吐率低，但結構簡單、成本低、且無源抽頭連接，系統可靠性高。 （2）CAN總線控制器工作于多主方式，采用多主站依據優先權訪問總線，支持主從或廣播方式，最大網絡節點110個，最大傳輸速率1Mbps，最遠距離10km（也可以接CAN中繼器增加距離，但通信速率會下降），同時具有極強的錯誤處理能力。 （3）CAN遵循ISO標準模式，具體定義了數據鏈路層和物理層，在工程上，這兩層通常由CAN控制器和收發器實現，CAN總線控制器通常有兩類：一類是在片的CAN微控制器。采用這種器件可以方便用戶制作印刷板、電路圖也比較緊湊，另一類是獨立的CAN控制器，可以使開發人員根據需要選用比較實用的單片機，本系統選擇獨立的CAN控制器。 （3）該系統的上位機是PC機，由于PC機有多條擴展槽，利用局域網通信卡、使得該系統很容易與其他部門聯網，便于統一調度和管理，另外選用PC機還可以充分利用現有的軟件工具和開發系統，方便快捷地設計功能豐富的計算機軟件，該系統的控制臺由PC機、PC總線適配卡和相應的軟件組成。 （5）傳輸介質采用雙絞線，為了進一步提高系統的抗干擾能力，在控制器與傳輸介質之間采取光電隔離。 （6）信息傳輸采用CAN通信協議，該系統的主要通信方式是控制臺向各個控制器發送控制數據以及各控制器向控制臺發揮各種檢測信息。 2 智能照明節點模塊的硬件設計 智能節點結構框圖如圖2所示。 從成本和難易程度考慮，系統采用AT89C52作微控制器。AT89C52是一種高性能、低功耗采用COMS工藝制造的8位微控制器，擁有8KB的可編程閃存，它為很多嵌入式控制系統提供了一種高效靈活的解決方案，其功能是根據上位機的給定值控制執行器，系統的執行器是可控硅控制電路，通過它提供均勻可調的輸出電壓以調節電燈的亮度。 上位機可以根據傳感器所提供的外界光照度，判斷此時的燈光亮度范圍，再向控制器發送控制數據，使執行器按照設定的值調節燈光亮度，傳感器1采用光敏傳感器可將光信號變成電信號、電信號的大小隨光的強弱成比例變化，所以使用它可以根據室外光線照度的變化對燈光進行調節，在保證一定標準照度的同時最大限度地節約能源。傳感器2是熱釋電傳感器，其只對運動的人或物體敏感，利用它可以知道房間里是否有人，進而可以及時地將無人區的燈關掉，以免造成不必要的浪費。 CAN控制器選用Philips公司生產的SJA1000。它是PCA82C200的替代產品，可完成CAN通信協議所要求的全部特性，經過簡單的總線連接可以完成CAN總線的物理層和數據鏈路層的所有功能，它能夠提供總線仲裁及錯誤檢測功能，并且在檢測到錯誤時能自動重復發送數據，從而減少數據的丟失，確保了系統的可靠性，它通過直接內存映射方式訪問CAN控制器，同時，新增加的CAN模式（PeliCAN）還可以支持CAN2.0B協議。 CAN收發器采用Philips公司生產的PCA82C250，它是CAN控制器與物理總線之間的接口，提供向總線的差動發送功能和對CAN控制器的差動接收功能。 采用光電耦合是為將網絡與系統內部隔離，以提高抗干擾能力，這里采用高速光電耦合器6N137。 看門狗采用集看門狗、復位電路與EPROM于一體的X25045，由于看門狗和EPROM有著重要的作用，看門狗可以防止因程序的"跑飛"而引起故障。EPROM可以存儲掉電前所需保護重要參數、CAN節點的配置參數，包括屏蔽字和校驗碼、報文定義等。 CAN總線適配卡可以自己設計，但目前市場上的CAN總線通信適配卡產品較多，而且技術也很成熟，所以選用了北京華控公司的HK--CANISO智能PC總線通信適配卡。 3 智能照明系統的軟件設計 智能照明節點模塊的軟件采用結構化設計，具有良好的模塊性，可修改性和可移植性。程序用Franklin C51和ASM51語言混合編寫，Franklin C51是一種與C語言十分類似的高級語言，具有較高的效率，可讀性好，易于修改，采用C51可減輕軟件編程的工作量，軟件設計主要包括單片機的初始化程序、報文發送和接收程序以及CAN總線的初始化設計，這是CAN總線設計中的重要一環，也是一個設計難點，為了提高通信的實時性，采用中斷接收方式，為了能支持更多的CAN協議功能，在初始化時使SJA1000工作在Peli CAN模式，智能照明節點的主流程如圖3所示。 上位機監控軟件采用Delphi實現，具有良好的界面和可操作性。 國外的智能照明控制系統廣泛地應用于建筑領域，無論室內、室外，然而我國在燈光調控、節能方面的研究起步較晚（目前，燈光調控在美國的使用率70%，歐洲40%-50%，亞洲10%-15%，在日、韓占15%-20%，而中國還不到1‰），當前較先進、流行的燈光控制系統采用的"ShowNet"數字網絡也只是為將來應用CAN協議打下基礎，本文在智能照明控制系統中應用CAN總線技術，通過上位計算機進行燈光調控，有一定先進性。該系統經擴展后有著非常廣闊的應用前景，不僅是辦公大樓、商業中心等公共場所理想的智能照明控制且在節能方面也有著重大的經濟價值。 |
