【正文】 本科畢業(yè)論文題 目：樓宇智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 （部）： 信息與電氣工程學(xué)院專 業(yè)： 電氣工程與自動(dòng)化班 級： 電本 0705姓 名： 季田田學(xué) 號： 2022082315指導(dǎo)教師： 李全民 曹麗霞完成日期： 2022 年 6 月 5 日目 錄摘 要 VABSTRACT VI1 前 言 1 選題背景和意義 1 課題關(guān)鍵問題及難點(diǎn) 2 調(diào)研綜述 2 目前國內(nèi)、國外該項(xiàng)目的研究狀況 2 目前項(xiàng)目的發(fā)展趨勢 3 主要研究內(nèi)容 3 2 基于 CAN 總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4 CAN 技術(shù)簡介 4 基于 CAN 總線的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 5 CAN 總線系統(tǒng)的通信方式 5 CAN 總線的分層結(jié)構(gòu) 6 CAN 總線報(bào)文格式與類型 7 數(shù)據(jù)幀 7 8 出錯(cuò)幀 8 超載幀 8 錯(cuò)誤檢測 9 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 9 3．智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 12 系統(tǒng)簡介 12 CAN 通信接口模塊的設(shè)計(jì) 12 芯片介紹 12 SJA1000 工作原理 14 基于 SJA1000 的 CAN 總線硬件接口電路設(shè)計(jì) 15 采用 MAX232 芯片接口ＰＣ機(jī)與單片機(jī)的連接 16 控制面板模塊的設(shè)計(jì) 16 74HC164 芯片說明 17 顯示部分設(shè)計(jì) 18 鍵盤部分設(shè)計(jì) 19 基于 74HC164 的中斷串行鍵盤硬件設(shè)計(jì) 20 矩陣式鍵盤的按鍵識別方法 21 智能繼電器模塊 21 電壓頻率變換器 LM331 的介紹 21 繼電器模塊基本原理結(jié)構(gòu) 23 整流模塊設(shè)計(jì) 23 V/F 轉(zhuǎn)換器 LM331 模塊 24 光電耦合器 6N137 25 單片機(jī) AT89C51 模塊 25 傳感器模塊 27 熱釋電傳感器的工作原理 27 芯片介紹 28 熱釋電傳感器原理 30 照度傳感器的設(shè)計(jì) 31 A/D 轉(zhuǎn)換部分 32 調(diào)光模塊 34 電子鎮(zhèn)流器調(diào)光功能的主要實(shí)現(xiàn)方法 34 基于 IR2159 的熒光燈可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的電路設(shè)計(jì) 35 基于 IR21592 的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器 37 遠(yuǎn)程控制模塊 38 芯片介紹 38 工作原理 40 看門狗電路 42 X5045 芯片引腳及功能介紹 43 看門狗電路的工作原理 44 基于 X5045 的復(fù)位電路硬件設(shè)計(jì) 44 小結(jié) 44 45 CAN 通信接口模塊軟件設(shè)計(jì) 45 控制面板模塊軟件設(shè)計(jì) 47 智能繼電器模塊軟件設(shè)計(jì) 49 調(diào)光模塊軟件設(shè)計(jì) 51 小結(jié) 52 5 結(jié) 論 53 主要結(jié)論 53 不足與展望 53 謝 辭 55 參考文獻(xiàn) 56 摘 要隨著社會(huì)的進(jìn)步,建筑設(shè)計(jì)也向著更舒適、安全和節(jié)省能源的方向發(fā)展。智能照明系統(tǒng)充分利用電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將建筑物內(nèi)的各種照明器具有機(jī)的連接在一起，實(shí)現(xiàn)有效的管理和控制。智能照明系統(tǒng)正是智能家居的趨勢之一。針對傳統(tǒng)照明系統(tǒng)布線麻煩、節(jié)能效果差等缺點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)開發(fā)了基于 CAN 總線技術(shù)的智能照明系統(tǒng)。系統(tǒng)中的智能燈光節(jié)點(diǎn)能夠根據(jù)外界光強(qiáng)自適應(yīng)調(diào)整自身燈光亮度，周期性采集室內(nèi)光強(qiáng)、有無人進(jìn)出等環(huán)境信息，并及時(shí)響應(yīng)用戶的控制命令。本文主要介紹了智能調(diào)光系統(tǒng)及設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),包括 CAN 總線技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、智能繼電器、控制面板、傳感器和紅外遙控技術(shù),并描述了智能調(diào)光系統(tǒng)的主要應(yīng)用。關(guān)鍵詞：CAN 總線；智能繼電器；智能調(diào)光；紅外遙控Design of Building Intelligent LightingControl SystemABSTRACTAlong with the social progress, the design of building towards a more fortable, safe and energysaving direction .To achieve effective management and control of. building ,intelligent lighting system make full use of electronic technology, munication and puter work technology to a variety of lighting fixtures within the building together anically. Intelligent lighting system is just the trends of intelligent home. We design and development of intelligent lighting systems . based on CAN bus technology , taking into account that it trouble for wiring, and poor energy efficiency drawback in traditional lighting system. Intelligent node in the intelligent lighting system can according to outside light levels adaptive adjustment its light intensity, collected indoor light intensity periodically, testing if there has people in or out and timely response to user control mands. This paper describes the design of intelligent light system and key techniques in the process, including the CANbus technology, the design of work system intelligent relays, control panels, sensors and infrared remote control technology, and describes the major intelligent light system application.Key Words: CAN bus。 intelligent relay。 intelligent light。 infrared remote control 1 前 言 選題背景和意義隨著信息控制技術(shù)的發(fā)展, 現(xiàn)代化建筑中的樓宇自控設(shè)備和不同功能的系統(tǒng)越來越多, 越來越復(fù)雜。但無論何種建筑, 也不論該建筑的智能化程度有多高, 照明控制一直在其樓宇自控系統(tǒng)中占據(jù)十分重要的位置。目前，我國照明用電占建筑用電的 20%30%，該項(xiàng)目是一種基于單片機(jī) 89C51 和 CAN 總線的智能照明系統(tǒng)硬、軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可根據(jù)對光強(qiáng)度的不同需求，均勻調(diào)節(jié)環(huán)境內(nèi)光照強(qiáng)度， 實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明的人性化、個(gè)性化。 傳統(tǒng)的控制方法是將被控制的設(shè)備用連線引入控制室, 這樣不僅造成電力電纜鋪設(shè)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(huán)境造成了污染。智能照明控制系統(tǒng)為現(xiàn)代化建筑樓宇照明提供了新途徑—微機(jī)型燈光控制系統(tǒng)。它采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù),使得照明燈的電力線路可以不再經(jīng)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燈光的亮度, 還減少了電力線路及相應(yīng)設(shè)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(guī)整,便于安裝維修。但在目前使用的微機(jī)型燈光控制系統(tǒng)中,由于網(wǎng)絡(luò)通信大多采用 RS23RS4820mA 電流環(huán)等通信方式[1],因而普遍存在通信距離短、數(shù)據(jù)傳輸速度慢、誤碼率高、可靠性差等問題[2]。CAN 總線是現(xiàn)場總線的一種,具有通信速率高、開放性好、報(bào)文短、糾錯(cuò)能力強(qiáng)以及控制簡單、擴(kuò)展能力強(qiáng)、系統(tǒng)成本低等技術(shù)特點(diǎn)和一系列優(yōu)點(diǎn)。CAN 是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá) 1MBPS。其特點(diǎn)有：（1）CAN 總線通信接口集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級判別等工作。（2）CAN 協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。CAN 協(xié)議采用 CRC 檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。（3）CAN 總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN 總線的微機(jī)燈光控制系統(tǒng)就是采用現(xiàn)場總線控制技術(shù)[3],構(gòu)成全分散式微機(jī)燈光控制系統(tǒng),有效地解決了微機(jī)型燈光控制系統(tǒng)的不足。CAN 總線所需的完善的通信協(xié)議[4]可由 CAN 控制器芯片和接口芯片實(shí)現(xiàn), 大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度、組成成本, 縮短了開發(fā)周期。該系統(tǒng)投資少、功能強(qiáng)、可靠性高、便于擴(kuò)展, 特別適合大型的智能辦公大廈對燈光設(shè)備的控制需要。在市場上具有強(qiáng)勁的競爭力。 課題關(guān)鍵問題及難點(diǎn)該課題的關(guān)鍵技術(shù)是 CAN 總線技術(shù)。CAN（controller area work）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)。CAN 總線控制器可工作于多種方式，并采用無損結(jié)構(gòu)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，代之以對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這可使不同節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(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)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性( 其次，CAN 總線通過 CAN 控制器接口芯片 PAC82C250 的 2 個(gè)輸出端 CANH 和 CANL 與物理總線相連( 當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)將不會(huì)出現(xiàn)總線短路，損壞某些節(jié)點(diǎn)的問題，而且 CAN 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重情況下具有自動(dòng)關(guān)閉功能，保證不會(huì)出現(xiàn)RS485 網(wǎng)絡(luò)中因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，使得總線處于“ 死鎖” 狀態(tài)。難點(diǎn)在于采用 CAN 總線技術(shù)組網(wǎng)，連接各種類型的照明控制裝置，來實(shí)現(xiàn)能量管理，實(shí)現(xiàn)照明的定時(shí)控制和按需求控制等功能。 調(diào)研綜述 目前國內(nèi)、國外該項(xiàng)目的研究狀況從 20 世紀(jì) 60 年代開發(fā)了白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度放電燈所使用的電子調(diào)光器[5]，到 20 世紀(jì) 90 年代以來，國外以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)出燈光自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)、自動(dòng)關(guān)停系統(tǒng)和自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，也稱“智能照明”的新型照明控制系統(tǒng)，并已有定型產(chǎn)品得以良好的推廣和運(yùn)用，使建筑照明由傳統(tǒng)控制走向計(jì)算機(jī)控制或無人控制的新領(lǐng)域。自 1984 年美國建成第一座智能建筑以來的十幾年中,在世界范圍內(nèi),智能建筑以一種嶄新的面貌和技術(shù),迅速在各地展開。尤其是亞洲的日本、新加坡、臺(tái)灣等國家和地區(qū),為了適應(yīng)智能建筑的發(fā)展,進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐,相繼建成了一批具有智能化的建筑。我國在20世紀(jì)(以下同)80年代末著手編制建設(shè)部的《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T1692時(shí),也開始涉及到智能建筑的理念,并提到了樓宇自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化,直到90年代初智能建筑這一概念才逐漸被越來越多的人們所認(rèn)識和接受,尤其是在19931995年期間, 全國上下許多大中城市的房地產(chǎn)商都將自己開發(fā)興建的建筑標(biāo)以“智能建筑”, “全智慧型建筑 ” “3A 型智能建筑”, “5A 型智能建筑”等等, 一時(shí)間智能建筑成了房地產(chǎn)商開發(fā)銷售的熱點(diǎn)。近幾年，我國高層建筑迅猛發(fā)展，這種智能型照明控制系統(tǒng)也已悄然進(jìn)入了我國建筑行業(yè)。目前，上海金茂大廈，山東世界貿(mào)易中心等建筑已應(yīng)用了這種智能型照明控制系統(tǒng)。本世紀(jì)80 年代以來 , 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展, 帶來了信息科學(xué)技術(shù)的革命, 尤其是信息高速公路熱引發(fā)了一場新的革命, 使人們突破了時(shí)間、空間及計(jì)算技術(shù)的束縛, 實(shí)現(xiàn)了多個(gè)對象間的直接信息交流。信息成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科技等賴以發(fā)展的一項(xiàng)重要資源, 信息化成為一個(gè)城市現(xiàn)代化程度的最高標(biāo)志之一。在國內(nèi)一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市如上海、深圳、大連等, 紛紛開展自己的信息化建設(shè), 建立起集語言、數(shù)據(jù)、視頻圖像為一體的多媒體寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng), 并將光纖入戶作為遠(yuǎn)期目標(biāo), 故紛紛要求各建筑物或建筑群應(yīng)建立交換間, 進(jìn)行電話、數(shù)據(jù)、電視信息分配 , 并規(guī)定今后新建滅火系統(tǒng) , 大樓一律采用綜合布線系統(tǒng), 以避免重建或多次反復(fù)布線設(shè)計(jì)與施工。在這種趨勢下照明控制系統(tǒng)也越來越趨向于智能化?，F(xiàn)場總線技術(shù)被廣泛應(yīng)用到照明系統(tǒng)中，其控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也越來越多樣化，從最早的集中式，集散式向分散式發(fā)展，各控制單元的工作獨(dú)立性不斷提高，系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性也不斷提高。無線傳感網(wǎng)絡(luò)近幾年也被應(yīng)用到該領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)無線控制。智能照明控制系統(tǒng)是一個(gè)由中央控制器、主通信干線、分支、信息接口及控制終端等部分構(gòu)成，是一個(gè)對各區(qū)域?qū)嵤┫嗤目刂坪托盘柌蓸拥木W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)