【文章內(nèi)容簡介】 ，可以保證通訊數(shù)據(jù)的可靠性、實時性；并且，實際建設(shè)中， CANbus總線成本和 RS485方式成本大體相當，甚至，在較大型的停車場系統(tǒng)中，CAN總線的整體成本還略低于 RS485系統(tǒng)。由于 CAN總線容錯性能好，可以大大降低后期的維護、維修、擴充成本。 研究主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 本文提出了一種基于 CAN總線技術(shù)開發(fā)的分布式停車 場燈光智能控制系統(tǒng)，詳細介紹 2 了該智能控制系統(tǒng)的軟件、硬件設(shè)計方法。設(shè)計內(nèi)容 基于 CAN總線的現(xiàn)場控制器進行了深入的研究， 提出以單片機 P89C52X2B和 CAN控制 SJA1000為核心，組成 CAN總線的智能節(jié)點，系統(tǒng)主要由多個智能節(jié)點構(gòu)成，再 利用 CAN總線將這些節(jié)點連接成一個可以相互聯(lián)系的整體，系統(tǒng)便可以實現(xiàn)對停車場燈光的智能控制。該系統(tǒng) 能夠較好地實現(xiàn)該智能燈光控制系統(tǒng)所要求的功能， 有效地解決停車場面臨的能耗、材耗 問題 ， 降低停車場內(nèi)的布線 復(fù)雜度，減少安裝費用并大大延長停車場內(nèi)照明設(shè)備的使用壽命，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 文中的 第一章：敘述了本課題 的研究背景及意義，第二章：對系統(tǒng)做詳細得到原理說明，第三章：系統(tǒng)的硬件設(shè)計，第 四章：系統(tǒng)的軟件設(shè)計。 3 第二章 停車場燈光智能控制系統(tǒng)的原理 停車場智能系統(tǒng)基本原理 系統(tǒng)主要由上位機、 CAN 適配器、控制節(jié)點（包括出入口控制節(jié)點和現(xiàn)場控制節(jié)點）等部分構(gòu)成，各節(jié)點間通過 CAN 總線進行通信。該智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 入口節(jié)點 出口節(jié)點 C A N 適 配 器上 位 機8 2 C 2 5 0S J A 1 0 0 08 9 C 5 2傳 感 器 信 號 處 理8 2 C 2 5 08 2 C 2 5 0 8 2 C 2 5 0S J A 1 0 0 0S J A 1 0 0 0S J A 1 0 0 08 9 C 5 28 9 C 5 28 9 C 5 2傳 感 器 信 號 處 理驅(qū) 動 照 明 回 路 驅(qū) 動 照 明 回 路? ? 停車場內(nèi)節(jié)點＃ 1 停車場內(nèi)節(jié)點＃ N 圖 21系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 當有車輛進入停車場時，可以根據(jù)車牌號決定該車入庫時的行車路線及車位，根據(jù)預(yù)定的行車路線，選擇相應(yīng)的照明控制方案。 入口通道處的控制節(jié)點檢測是否有車輛進入，當檢測到車輛時，該控制結(jié)點通過 CAN 總線向網(wǎng)絡(luò)上的其他相關(guān)節(jié)點發(fā)布消息；那些相關(guān)節(jié)點根據(jù)接收到的消息以及事先預(yù)定的控制方案打開有關(guān)的照明回路。 出口通道處的控制 節(jié)點檢測是否有車輛或人離開，當檢測到車輛或人離開時，該控制結(jié)點通過 CAN 總線向網(wǎng)絡(luò)上的其他相關(guān)節(jié)點發(fā)布消息；使相關(guān)節(jié)點此時控制的照明回路復(fù)位，關(guān)閉停車場內(nèi)的照明燈。 在出入口的控制節(jié)點可以實時監(jiān)測，并通過 CAN 適配器將各個照明回路的開關(guān)狀態(tài)送給上位機以方便管理人員觀察停車場內(nèi)的照明情況。同時出入口節(jié)點也可根據(jù)需要進行手工控制，實現(xiàn)對停車場內(nèi)每一個回路的開關(guān)控制，以應(yīng)付一些緊急事件。 4 為了讓系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的使用環(huán)境，同時能夠根據(jù)用戶的需要隨時改變照明方案，該系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程技術(shù)，可由上位機通過 CAN 總線， 將各個節(jié)點的控制方案下載到各控制節(jié)點，實現(xiàn)照明方案的現(xiàn)場編輯、現(xiàn)場修改及現(xiàn)場下載。 系統(tǒng)中 CAN適配器的作用是將 CAN 總線上的命令通過串口或 USB 口傳給上位機，也可以將上位機的命令轉(zhuǎn)換成 CAN命令發(fā)送給系統(tǒng)中的其它節(jié)點。 系統(tǒng)的 CANbus 布線及智能節(jié)點具體工作原理 系統(tǒng)的 CANbus 布線 智能照明系統(tǒng)的主要功能是車輛導(dǎo)向、空位檢測和照明控制等。如圖 22 所示，可設(shè)車場分為 4 個停車區(qū)域： A 區(qū)、 B 區(qū)、 C 區(qū)和 D 區(qū)。 4 個區(qū)的區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)一安置在車場入口處，指示區(qū)域的方向和當前所剩的空位數(shù)。 該區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)由一個控制器控制，帶一個 CANbus 總線接口。 A 區(qū)控 制 器B 區(qū)控 制 器C 區(qū)控 制 器D 區(qū)控 制 器車 庫A 1車 庫A 2CAN總線車 庫A n車 庫B 1車 庫B 2車 庫B n車 庫C 1車 庫C 2車 庫C n車 庫D 1車 庫D 2車 庫D n入 口 處控 制 器出 口 處控 制 器C A N適 配 器上 位 機 圖 22 車場內(nèi)部 CANbus 布線及結(jié)構(gòu)圖 這一個系統(tǒng)中，使用 CANbus 總線方式進行通訊，網(wǎng)絡(luò)顯得非常簡單、可靠。如圖22 所示，每個停車區(qū)有一個單獨的區(qū)控制器，均帶 CANbus 接口，用于管理該區(qū)的照明和車位檢測。按圖 22 中所示，圓圈表示照明燈，通過區(qū)控制器來直接控制該區(qū)燈的亮滅。車庫后的小矩形表示車位探測器，用于檢測汽車是否到庫。 當有車輛或車主進出某一個相關(guān)區(qū)域的時候， 該區(qū)域的照明才點亮，在車輛或車主離開后，燈自動熄滅，并且和當前進出不相關(guān)區(qū)域的照明燈將不會點亮，這樣可以最大限度的節(jié)約能源，延長設(shè)備壽命，這在較大型停車場中的作用會更加突出。在車輛進出后，車場的停車數(shù)量發(fā)生變化，系統(tǒng)可以及時地探測到這個變化并向主控制器和區(qū)位引導(dǎo)指示牌報告，使其刷新當前的記錄和顯示。 5 智能節(jié)點 的工作原理 該系統(tǒng)主要是由多個智能節(jié)點組成， 各節(jié)點間通過 CAN 總線進行通信。 上位機將系統(tǒng)中所有節(jié)點的控制方案下載到相應(yīng)的節(jié)點中后，各節(jié)點將根據(jù)這些從上位機下載的節(jié)點間的互聯(lián)關(guān)系表完成與有關(guān) 節(jié)點的交互?；竟?jié)點與一定數(shù)量的傳感器回路和照明回路相連。 當車場內(nèi)的基本節(jié)點接收到從 CAN 總線送過來的信息后，根據(jù)從上位機下載的本節(jié)點與照明燈的互聯(lián)關(guān)系，開啟與之相關(guān)聯(lián)的燈；當基本節(jié)點的傳感器檢測到車到庫時，基本節(jié)點將向 CAN 總線發(fā)送相關(guān)信息。這樣所有節(jié)點就會按照使 用者制定的方案打開預(yù)期的照明回路，從而實現(xiàn)照明控制的智能化。出入口控制節(jié)點位于停車場的出入 口處?？刂乒?jié)點隨時監(jiān)聽 CAN 總線上的各種消息。 (1)基本節(jié)點中存儲著該節(jié)點控制的照明設(shè)備與其它節(jié)點的傳感器的互聯(lián)關(guān)系。當某一基本節(jié)點接收到其它節(jié)點發(fā) 送的傳感器信息時，該基本節(jié)點搜索本地的互聯(lián)關(guān)系，并打開與此傳感器相關(guān)的照明設(shè)備； (2)當基本節(jié)點接收到上位機發(fā)送的下載命令時，基本節(jié)點將與之相關(guān)的控制方案下載到本地； (3)基本節(jié)點利用與之相連的傳感器監(jiān)測車輛、人員的情況。當監(jiān)測車輛、人員時，該基本節(jié)點便通過 CAN 總線向系統(tǒng)中的其它節(jié)點發(fā)送相關(guān)的傳感器的信息； (4)主控節(jié)點隨時監(jiān)聽 CAN 總線上的各種命令，并通過狀態(tài)指示燈隨時反映停車場的各個照明回路的狀態(tài)。 本章小結(jié) 本章對停車場智能燈光系統(tǒng)作了總體原理說明，設(shè)計了整個系統(tǒng)的工作流程。配以框圖 較為詳細的分析了車輛進出車庫 、停庫等 的設(shè)計思路， 提出系統(tǒng)由 上位機、 CAN適配器、包括出入口控制節(jié)點、現(xiàn)場控制節(jié)點等部分構(gòu)成，各節(jié)點間通過 CAN 總線進行通信。并且對整個設(shè)計中的重點――控制節(jié)點作了較明確的說明分析，為整個設(shè)計提供了一個很合適很易行的研究方向。 6 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)智能節(jié)點方案比較 本系統(tǒng)中的智能節(jié)點可選用兩種設(shè)計方案。 方案一： CAN控制器 SJA1000和 32位 ARM微處理器 S3C44BOX構(gòu)成的 CAN通訊節(jié)點。對SJA1000的操作是通過對其內(nèi)部寄存 器的設(shè)置和讀寫來完成的，由于其內(nèi)部寄存器具有連續(xù)地址，所以可以把 SJA1000當作一個外部 RAM器件，對其操作即可以看作對外部 RAM的操作。 S3C44B0X是 SAMSUNG(三星 )公司一款基于 ARM7TDMI的 32位精簡指令集 (RISC)微處理器。該處理器對外設(shè)的擴展可以采用兩種方式：一種是直接采用 CPU的總線進行擴展，另一種是采用 I/O口擴展。 S3C44BOX的總線是非復(fù)用的，地址和數(shù)據(jù)總線分別可以被設(shè)置為 8位、 l6位或者 32位模式，其外部地址最大為 256MB，分為 8個 BANK，每個 BANK32MB，分 配一根片選信號線 CS?？偩€讀寫方式和一般的 CPU基本相同。 但是 SJA1000與 S3C44BOX之間的接口信號時序不是完全兼容的，所以必須對 S3C44BOX的讀寫時序進行變換，使其滿足 SJA1000的接口要求。主要包括地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線的設(shè)計、地址鎖存信號 ALE的設(shè)計、讀寫信號 RD、 WR的設(shè)計和片選信號 CS的設(shè)計。 方案二 :采用 8051+SJA1000+82C250組合的方式實現(xiàn) CAN的通信。由于 8051的時序和SJA1000的工作時序是一樣的，所以只需將 SJA1000的各個引腳與 8051的相應(yīng)引腳相連即可。 SJA1000的 AD0～ AD7連接到 8051的 P0口， /CS連接到 8051的 ， 0的 CPU片外存貯器地址可選中 SJA1000， CPU通過這些地址 SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。 SJA1000的 /RD、/WR、 ALE分別與 8051的對應(yīng)引腳相連， /INT 接 8051的 /INT0。 從上面兩個方案分析可知，方案二比方案一易于實現(xiàn)，使用靈活，對于本課題只是該系統(tǒng)中的一部分，如果選擇方案一，可能會在整個系統(tǒng)中 S3C44B0X資源缺乏。選用方案二只需使用時將該模塊的 UART接口與需要主控制器的 UART接口相連可，所以本設(shè)計中選用方案二。 系統(tǒng)智能節(jié)點的設(shè)計 主要器件介紹 (1) SJA1000 SJA1000是一種應(yīng)用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境的獨立 CAN總線控制器，經(jīng)過簡單總線連接可完成 CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。其硬件與軟件設(shè)計和 PCA82C200的基本CAN模式 BasicCAN兼容。同時新增加的增強 CAN模式 PeliCAN還可支持 。 SJA1000的主要特性如下 ① 擴展接收緩沖器 (64字節(jié) FIFO)。采用 24MHZ時鐘 頻率 。位通訊速率為 1Mbps。 ② 支持 ，支持 11和 29位標識符 。 ③ 增強 CAN模式 (PeliCAN)。 ④ 支持多種微處理器接口 。 ⑤ 可編程 CAN輸出驅(qū)動配置 。 ⑥ 工作溫度范圍為一 40125176。C: 7 S J A 1 0 0 011 41 0987654321 31 21 12 81 51 92 02 12 22 32 42 52 62 71 61 71 8A D 6A D 7A L E / A SC SR D / EW RC L K O U TV S S 1X T A L 1X T A L 2M O D EV D D 3T X 0T X 1A D 5A D 4A D 3A D 2A D 1A D 0V D D 1V S S 2R X 1R X 0V D D 2R S TI N TV S S 3S J A 1 0 0 0 T11 41 0987654321 31 21 12 81 51 92 02 12 22 32 42 52 62 71 61 71 8A D 6A D 7A L E / A SC SR D / EW RC L K O U TV S S 1X T A L 1X T A L 2M O D EV D D 3T X 0T X 1A D 5A D 4A D 3A D 2A D 1A D 0V D D 1V S S 2R X 1R X 0V D D 2R S TI N TV S S 3M G K 6 1 6M G K 6 1 7 圖 31 SJA1000的引腳及封裝 表 31 管腳排列及功能說明 符號 引腳 說明 AD7AD0 2,1,2823 多路地址 /數(shù)據(jù)總線。 ALE/AS 3 ALE輸入信號（ Intel模式） ,AS輸入信號（ Motorola模式）。 /CS 4 片選輸入低電平允許訪問 SJA1000。 /RD /E 5 微控制器的 /RD 信號（ Intel 模式）或 E 使能信號（ Motorola模式）。 /WR6 6 微控制器的 /WR信號（ Intel模式）或 RD/（ /WR） 信號（ Motorola模式）。 CLKOUT 7 SJA1000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 且通過編程驅(qū)動；時鐘控制寄存器的時鐘關(guān)閉位可禁止該引腳。 CLKOUT 7 SJA1000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)部振蕩器且通過編程驅(qū)動；時鐘控制寄存器的時鐘關(guān)閉位可禁止該引腳。 VSS1 8 接地。 XTAL1 9 輸入到振蕩器放大電路；外部振蕩信號由此輸入。 XTAL2 10 振蕩放大電路輸出；使用外部振蕩信號時左開路輸出。 MODE 11 模式選擇輸入。 1=Intel模式， 0=Motorola模式。 8 VDD3 12 輸出驅(qū)動的 5V電壓源。 TX0 13 從 CAN輸出驅(qū)動器 0輸出到物理線路上。 TX1 14 從 CAN輸出驅(qū)動器 1輸出到物理線路上。 VSS3 15 輸出驅(qū)動器接地。 /INT 16 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； /INT是開漏輸出，且與系統(tǒng)中的其它 /INT是線或的；此引腳上的低電平可以把 IC從睡眠模式中激活。 /RST 17 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 (例如 C=1u F。R=50k)。 VDD2 18 輸入 比較器的 5V電壓源。 RX0 RX1 19， 20 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的睡眠模式；如果 RX1 比 RX0 的電平高，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位被置位，就旁路 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 RX0 是激活的；弱勢電平被認為是高而支配電平被認為是低。 VSS2 21 輸入比較器的接地端。 VDD1 22 邏輯電路的 5V電壓源。 SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由接口管理邏輯 IML、信息緩沖器 (含發(fā)送緩沖器 TXB和接收緩沖器 RXFIFO)、位流處理器 BSP、接收過濾器 ASP、位時序處理邏輯 BTL,錯誤管理邏輯 EML、內(nèi)部振蕩器及復(fù)位電路等構(gòu)成。 IML接收來自 CPU的命令，控制 CAN寄存器的尋址并向主控器提供中斷信息及狀態(tài)信息。 BTL始終監(jiān)視 CAN,當檢測到有效的信息頭時啟動接收過程，接收的信息首先要由位流處理器 BSP處理，并由 ASP過濾，只有當接收到的信息的識別碼與 ASP檢驗相符時，接收信息才最終被寫入 RXB或 RXFIFO中。 RXFIFO最多可以緩存 64字節(jié)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可被 CPU讀取。 CAN控制器工作模式的設(shè)定、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等都是通過它的寄存器來實現(xiàn)的。通常在系統(tǒng)初始化時，先使 =1, SJA1000進入復(fù)位模式。在此模式下 IR, ACA,AMR, BTRO,BTRI及 OCR均可讀可寫，此時設(shè)置相應(yīng)的初值。當退出復(fù)位模式時， SJA1000即按復(fù)位時設(shè)定的相應(yīng)情況工作于工作模式，除非再次使芯片復(fù)位，否則上次設(shè)定的值不變。當需要發(fā)送信息時，若發(fā)送緩沖器空閑，由 CPU控制信息寫入 TXB,再由 CMR控制發(fā)送 :當接收緩沖器 RXFIFO未滿且接收信息通過了 ASP，則接收到的信息被 寫入 RXFIFO。可通過兩種方法讀取接收到的信息。一種方法是，在中斷被使能的情況下， SJAI000向 CPU發(fā)中斷信號，CPU通過 SR及 IR可以識別該