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正文內(nèi)容

智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計論文(編輯修改稿)

2025-04-01 02:45 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 和數(shù)據(jù)的可靠性,采用了多種錯誤檢測手段。 (l)發(fā)送監(jiān)視。發(fā)送站時刻監(jiān)測它發(fā)送的每一位數(shù)值,如監(jiān)視到的總線數(shù)值 與送出的數(shù)值不同時,則為位錯誤。 (2)填充錯誤。在應(yīng)用位填充方法進(jìn) 行編碼的報文字段中,出現(xiàn)第 6個連續(xù)相同的位電平。 (3)CRC 錯誤。接收站計算得出的 CRC 序列與接收到的不同。 (4)格式錯。固定格式的位場與規(guī)定不同。 (5)應(yīng)答錯誤。在應(yīng)答位期間,發(fā)送站未檢測到主控位。發(fā)現(xiàn)錯誤時,接收站將發(fā)送活動出錯標(biāo)志,而發(fā)送站將發(fā)送認(rèn)可出錯標(biāo)志。 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點 設(shè)計本系統(tǒng)的原則,是在保證系統(tǒng)可靠工作的條件下,力圖降低成本。分析本系統(tǒng)的特點是數(shù)據(jù)傳輸較低,且各節(jié)點間的通訊規(guī)律性較強(qiáng)。如圖 所示,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線式結(jié)構(gòu)。通訊的主要方式是控制臺向各控制器發(fā)送控制數(shù)據(jù), 各控制器向控制臺發(fā)回應(yīng)答信號和檢測信息。各控制器之間沒有數(shù)據(jù)傳送要求;信息吞吐率較低,為降低系統(tǒng)成本提供了有利的條件。根據(jù)這個特點,總體上作如下選擇: 圖 CAN總線的總線式結(jié)構(gòu) ( 1)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)信息吞吐率低,結(jié)構(gòu)簡單且成本低,可靠性高。 ( 2)由于 CAN 總線采用多主站仲裁結(jié)構(gòu),(分地址優(yōu)先級,非破壞方式仲裁),支持主從或廣播方式,經(jīng)過擴(kuò)展可支持 95*8 個節(jié)點,最高通訊速率 1MBPS,最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá) 10公里(若接專用 CAN 中繼器,傳輸距離會更遠(yuǎn),但通訊速率將下降)。同 時 CAN 控制器內(nèi)部設(shè)有接收和發(fā)送緩沖區(qū),通訊以幀為單位,最多 8個字節(jié)的數(shù)據(jù),硬件自動進(jìn)行 16位 CRC 檢驗,具有極強(qiáng)的總線和通訊錯誤的管理能力。 (3)CAN 遵循 ISO 標(biāo)準(zhǔn)模式。具體定義了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層 ,在工程上 ,這兩層通常由 CAN 控制器和收發(fā)器實現(xiàn)。 CAN 總線控制器通常有兩類 :一類是在片內(nèi)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(fā)人員根據(jù)需要選用比較實用的單片機(jī)。本系統(tǒng)選擇獨立的 CAN 控制器。 (4)該系統(tǒng)的上位機(jī)是 PC機(jī)。由于 PC 機(jī)有 多條擴(kuò)展槽 ,利用局域網(wǎng)通信卡 ,使得該系統(tǒng)很容易與其他部門連網(wǎng) ,便于統(tǒng)一調(diào)度和管理。另外 ,選用 PC機(jī)還可以充分利用現(xiàn)有的軟件工具和開發(fā)系統(tǒng) ,方便快捷地設(shè)計功能豐富的計算機(jī)軟件。該系統(tǒng)的控制臺由 PC機(jī)、 PC 總線適配卡和相應(yīng)的軟件組成。 (5)傳輸介質(zhì)采用雙絞線。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力 ,在控制器與傳輸介質(zhì)之間采取光電隔離。 (6)信息傳輸采用 CAN 通信協(xié)議。該系統(tǒng)的主要通信方式是控制臺向各個控制器發(fā)送控制數(shù)據(jù)以及各控制器向控制臺發(fā)回各種檢測信息。 3.智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)簡介 智能照明控制系統(tǒng)是一個由中央控制器、主通信干線、分支、信息接口及控制終端等部分構(gòu)成,是一個對各區(qū)域?qū)嵤┫嗤目刂坪托盘柌蓸拥木W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。智能照明的控制終端由調(diào)光模塊、控制面板、照度動態(tài)檢測器及動靜探測器等單元構(gòu)成,主控制器和終端之間通過信息接口等元件來連接,實現(xiàn)控制信息的傳輸。 以下將對各模塊( CAN 通信接口模塊,控制面板(鍵盤和顯示)模塊,智能繼電器模塊,傳感器模塊,調(diào)光模塊,遠(yuǎn)程控制模塊)做詳細(xì)介紹。 CAN 通信接口模塊的設(shè)計 芯片介紹 (1)SJA1000 芯片 圖 SJA1000引角圖 引腳說明: AD7AD0:多路地址 /數(shù)據(jù)總線線。 ALE/AS: ALE 輸入信號 (INTEL 模式 ), AS 輸入信號 (MOTOROLA 模式 )。 CS:片選輸入,低電平允許訪問 SJAI00000。 RDE:微控制器的 /RD 信號 (INTEL 模式 )或 E使能信號 (MOTOROLA 模式 )。 WR:微控制器的 /WR 信寫 (INTEL 模式 )或 RD/(/WR)信號 (MOTOROLA 模式 )。 CLKOUT:SJAIO00 產(chǎn)生的提供給微控制器的時鐘輸出信號 ,時鐘信號來源于內(nèi)部振蕩器通過編程驅(qū)動,時鐘控制寄存器的 時鐘關(guān)閉位可禁止該引腳腳。 VSS1:接地。 XTAL1:輸入到振蕩器放人電路 ,外部振蕩信號輸入。注 :XTAL1 引腳必須通 過 15pF 的電容連到 VSS1。 XTAL2:振蕩放人電路輸出 ,使用外部振蕩信號時開路輸出。注 :XTAL2 引腳必須通過 15pF 的電容連到 VSS1。 MODE:模式選擇輸入, 1INTEL 模式, 0MOTOROLA 模式。 VDD3:輸出驅(qū)動的 5V電壓源。 TXO:從 CAN輸出驅(qū)動器 0輸出到物理線路上。 TX1:從 CAN輸出驅(qū)動器 1輸出到物理線路上。 VSS3:輸出驅(qū)動器接地。 INT:中斷輸 出,用于中斷微控制器, INT 在內(nèi)部中斷寄存器各位都被置位時低電平有效 。此引腳上的低電平可以把 IC從睡眠模式中激活。 RST:復(fù)位輸入,用于復(fù)位 CAN 接口 (低電平有效 ),把 RST 引腳通過電容連到 VSS,通過電阻連到 VDD 可自動上電復(fù)位。 VDD:輸入到比較器的 5V 電壓源。 RXO:從物理的 CAN 總線輸入到 SJA1000 的輸入比較器,支配 (控制 )電平將會喚醒 SJA1000 睡眠模式,如果 RX1 比 RX0 電平高就讀支配 (控制 )電平,反之讀弱勢電平 。如果時鐘分頻寄存器的 CBP被置位就忽略 CAN輸入比較器以減少內(nèi)部延時 (此時連有外部收發(fā)電路 )。這種情況下只有 RXO 是激活的,弱勢電平被認(rèn)為是高而支配電平被認(rèn)為是低。 VSS2:輸入比較器的接地端。 VDD1:邏輯電路的 5V電壓源。 SJA1000是一種 CAN的獨立控制器 ,用于移動目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的局域網(wǎng)控制。它是 PHILIPS 公司早期 CAN控制器 PCA82C200 的替代產(chǎn)品 ,并且增加了一種新的工作模式 PELICAN,這種模式支持具有很多新特性的 協(xié)議 ,因此功能更加強(qiáng)大。它具有如下特點: (1)完全兼容 PCA82C250及其工作模式 ,即 BASICCAN 模式。 (2)具有擴(kuò)展的接收緩沖器為 64 字節(jié) ,先進(jìn)先出 (FIFO)。 (3)與 協(xié)議兼容;支持 11bit 和 29bit 識別碼。 (4)位速率可達(dá) 1Mbps; 24MHz 的時鐘頻率。 (5)支持 PELICAN模式及其擴(kuò)展功能。 (6)支持與不同微處理器的接口。 (7)可編程的 CAN輸出驅(qū)動器配置。 (8)增強(qiáng)了溫度范圍 (40~ 125℃ )。 (2)82C250 芯片介紹 圖 82C250引腳圖 引腳說明: TXD:發(fā)送數(shù)據(jù)輸入。 GND:接地。 VCC:提供電壓。 RXD:接收數(shù)據(jù)輸出。 Vref:參 考電壓輸出。 CANL:低電平 CAN 電壓輸入 /輸出。 CANH:高電平 CAN 電壓輸入 /輸出。 Rs:Slope 電阻輸入。 SJA1000 工作原理 CAN 總線控制器主要包含 :接口管理邏輯 IML、發(fā)送緩沖器 TXB、接收緩沖器 、驗收濾波器 ACF、錯誤管理邏輯 EML、位時序邏輯 BTL、位流處理器 BSF 幾個部分。 CAN 核心模塊負(fù)責(zé) CAN 信息幀的收發(fā)和 CAN 協(xié)議的實現(xiàn)。接口管理邏輯負(fù)責(zé)同外部主控制器的接口 ,該單元中的每一個寄存器都可由主控制器通過SJA1000 的地址 /數(shù)據(jù)總線訪問。主控 制器可直接將標(biāo)識符和數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖區(qū)然后置位命令寄存器 CMR中的發(fā)送請求位 TR啟動 CAN核心模塊讀取發(fā)送緩沖 區(qū)中的數(shù)據(jù) ,按 CAN 協(xié)議封裝成一完整 CAN 信息幀通過收發(fā)器發(fā)往總線 ,驗收濾波器單元完成接收信息的濾波 ,只有驗收濾波通過且無差錯才把接收的信息幀送入接收 FIFO 緩沖區(qū)且置位接收緩沖區(qū)狀態(tài)標(biāo)志 表明接收緩沖區(qū)中已有成功接收的信息幀。 基于 SJA1000 的 CAN 總線硬件接口電路設(shè)計 89C51 具有 64 KB 的尋址空間。本身不帶 CAN控制器 ,所以要實現(xiàn)與 CAN 總線之間的通信需外加 CAN 控制 器和 CAN 驅(qū)動器。在本設(shè)計中采用 SJA1000 型 CAN總線通信控制器和 AT82C250 型總線驅(qū)動器。 由于 MB89P857 不具備 CAN控制器,本設(shè)計中采用 SJA1000 型 CAN 總線通信控制器。 CAN控制器 SJA1000的數(shù)據(jù)線 AD0~ AD7連接到 MB89P857單片機(jī)的 P56~P49 口, CS 連接到端口 P48, MB89P857 的 P48 作為外部存儲器的片選信號。SJA1000 的 RD、 WR、 ALE 分別與 MB89P857 對應(yīng)的引腳相連, INT接 MB89P857 的INT0 使 MB89P857 可以通過中斷方式訪問 SJA1000。 圖 CAN控制原理圖 CAN 總線控制硬件電路如圖 所示。從圖 可以看出 ,硬件電路主要由微控制器 89C5 SJA1000、 CAN 總線收發(fā)器和高速光電耦合器 6N137 組成。 微控制器 89C51 負(fù)責(zé) SJA1000 的初始化,通過控制 SJA1000,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。 為了增強(qiáng)總線節(jié)點的抗干擾能力 ,SJA1000 的 TX0 和 RX0 并不直接與PCA82C250 的 TXD 和 RXD 相接 ,而是通過 6N137與 PCA82C250 相接 ,這樣 ,很好地實現(xiàn)了總線上各節(jié)點間的電氣隔離。不過 ,光 耦合電路用的 2 個電源 VCC 和 VDD 必須隔離。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊實現(xiàn)。這雖然增加了接口電路的復(fù)雜性 ,但卻提高了節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性。 82C250 與 CAN 總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施, 82C250的 CANH 和 CANL 引腳各自通過一個 5Ω的電阻與 CAN 總線連接,電阻可起到一定的限流作用,保護(hù) 82C250 免受過流的沖擊。 CANH 和 CANL 與地之間并聯(lián)了兩個 30PF 的小電容,可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外,兩根 CAN 總線接入端與地之間分別反接了一個保護(hù) 二極管,當(dāng) CAN總線有較高的負(fù)電壓時,通過二極管的短路可起到一定的保護(hù)作用, 82C250 的RS腳上接有一個斜率電阻,電阻的大小可根據(jù)總線的通訊速度適當(dāng)調(diào)整,一般在 16K140K 之間。 CAN 接口電路負(fù)責(zé)各節(jié)點的串行通信,兩只 125 歐姆的電阻作為 CAN 線路的匹配電阻。 采用 MAX232 芯片接口PC機(jī)與單片機(jī)的連接 圖 PC機(jī)通過 MAX232與單片機(jī)的電路連接 MAX232 芯片是美信( MAXIM)公司專為 RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用 +5v 單電源供電。 第一部分是電荷泵電路。由 6腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v和 12v兩個電源,提供給 RS232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。 其中 13腳( R1IN)、 12 腳( R1OUT)、11 腳( T1IN)、 14 腳( T1OUT)為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳( R2IN)、 9 腳( R2OUT)、10 腳( T2IN)、 7腳( T2OUT)為 第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭; DB9插頭的 RS232 數(shù)據(jù) 從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 第三部分是供電。 15 腳 GND、 16 腳 VCC( +5v)。 控制面板模塊的設(shè)計 控制面板它相當(dāng)于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中的照明開關(guān) ,安裝于便于操作的地方 ,人們可以通過操作控制面板中的某個按鈕 ,來起動照明系統(tǒng)中的某個燈光控制回路的組合 ,從而調(diào)用某個燈光場景。它有一般場景調(diào)用面 板、可編程場景調(diào)用面板、時序場景調(diào)用面板和區(qū)域聯(lián)接場景調(diào)用面板等。所謂燈光場景 ,即系統(tǒng)中由不同的照明回路不同的亮暗搭配而組成的一種燈光效果。這種燈場景可以預(yù)設(shè)置和記憶在調(diào)光模塊和開關(guān)模塊中用戶可以從控制面板或液晶顯示觸摸屏上 ,調(diào)動種燈光場景以達(dá)到某個照明效果??刂泼姘迨侨藱C(jī)信息交互的界面 .用戶通過視覺、聽覺等途徑 ,了解各智能節(jié)點的工作狀態(tài) ,同時通過按鍵等輸入器件控制電器的工作。 控制面板主要包括單片機(jī)、鍵盤和顯示這幾部分。 智能照明的顯示電路是由單片機(jī)來控制的,如顯示的內(nèi)容、顯示的方式等。單片機(jī)在智能照明的 控制電路中擔(dān)任著重要的角色 ,它的選型決定了控制電路的實現(xiàn)方案。我們利用 74HC164 芯片的串入并出的功能 ,和單片機(jī)進(jìn)行串行通訊 ,并行輸出口直接驅(qū)動顯示器件 .這個方案可以擴(kuò)展單片機(jī)的 I/O 口 ,降低單片機(jī)的資源需求 ,而且 ,芯片的安裝方法非常靈活 ,可以減少顯示面板的連接導(dǎo)線的數(shù)量 ,提高系統(tǒng)的可靠性 ,成本方面也具有較大的優(yōu)勢 ,在按鍵和顯示驅(qū)動電路中得到廣泛應(yīng)用。 74HC164 芯片說明 74HC164 為 8 位移位寄存器 ,串行輸入 ,并行輸出 .74HC16
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