【文章內(nèi)容簡介】 .......................... 55 附錄 2 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng) PCB 板圖 ......................................................... 56 附錄 3 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)程序清單 ......................................................... 58 廣西科技大學 (籌 )畢業(yè)設(shè)計論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計 1 1 緒論 課題背景 現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點、多站的通信網(wǎng)絡(luò)，它作為工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場級控制設(shè)備之間及其更高控制管理層之間的聯(lián)系。由于現(xiàn)場總線適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢，它一經(jīng)產(chǎn)生便成為全球自動化技術(shù)的熱點。它的出現(xiàn)，導致了目前生產(chǎn)的自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備的深刻變革。 照明是利用各種光源，照亮工作和生活場所或個別物體的措施，利用太陽能和天空光的稱“天然采光”，利用人工光源的 稱“人工照明”。照明控制是對照明使用的質(zhì)和量的駕馭，對包括人工光源和自然光源在內(nèi)的各種光源的使用狀態(tài)進行調(diào)整，以實現(xiàn)更舒適、更優(yōu)美、更節(jié)能的照明環(huán)境的具體手段。 隨著科技的發(fā)展和人們物質(zhì)、精神生活水平的提高，照明不僅僅是滿足人們視覺上明亮的要求，還要滿足藝術(shù)性的要求，要創(chuàng)造出豐富多彩的意境，給人們以享受。自1973 年世界上發(fā)生了第一次能源危機以來，國際上對照明節(jié)能的逐漸重視起來，并提出了“綠色照明”理念，在發(fā)展綠色照明工程的過程中照明控制起了非常重要的作用，這也在很大程度上促進了照明控制技術(shù)的發(fā)展。 因此， 本課題就是利用高性價比、安全可靠運用廣泛的 CAN 總線控制網(wǎng)絡(luò)與照明設(shè)備構(gòu)成 CAN網(wǎng)絡(luò) 智能 照明控制系統(tǒng)。因涉及到相關(guān)總線技術(shù)，所以先介紹一下其內(nèi)容。 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點和現(xiàn)狀 (1)系統(tǒng)開放性好 (2)具有互可操作性與互用性 (3)使現(xiàn)場設(shè)備具有智能化和功能自治性 (4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 (5)對現(xiàn)場環(huán)境的強適應(yīng)性 (6)系統(tǒng)成本低、性能高 在 20世紀 80 年代中期，德、法等歐洲國家的一些大公司相繼推出了自己的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，同時制定了自己相應(yīng)的標準。自 20世紀 90年代后，現(xiàn)場總線技術(shù)得到了 迅猛的發(fā)展，出現(xiàn)了群雄并起、百家爭鳴的局面，全世界發(fā)展起來的現(xiàn)場總線已達數(shù)十種。但通過實際應(yīng)用后，這些現(xiàn)場總線產(chǎn)品的優(yōu)缺點也日漸明顯。這幾種現(xiàn)場總線技術(shù)已逐漸具有影響力，并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢。 CAN 局域控制網(wǎng)是目前運用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，它是一種多主總線，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，節(jié)點之間有優(yōu)先級之分，因而通信方式靈活； CAN 可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播等幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù)； CAN 采用非破壞性位仲裁技術(shù)，優(yōu)先級發(fā)送 ，可以大廣西科技大學 (籌 )畢業(yè)設(shè)計論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計 2 大節(jié)省總線沖突仲裁時間，在重負荷下表現(xiàn)出良好的性能。最早運用于汽車工業(yè)，隨著CAN 總線技術(shù)的不斷發(fā)展，其運用領(lǐng)域也得到不斷的擴展，如今，在機器人、數(shù)控技術(shù)、自動化儀表、航空工業(yè)等領(lǐng)域，都能看見 CAN 的影子。 課題的提出及意義 自 1973 年世界上發(fā)生了第一次能源危機以來，國際上對照明節(jié)能的逐漸重視起來，并提出了“綠色照明”理念，在發(fā)展綠色照明工程的過程中照明控制起了非常重要的作用，這也在很大程度上促進了照明控制技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)的照明控制技術(shù)在照明的控制方式上以手動為主，僅能實現(xiàn)簡單的開關(guān)控制與 調(diào)光控制。利用設(shè)置在燈具回路的電氣參數(shù)（電壓、電流、頻率等），實現(xiàn)調(diào)光控制。這種傳統(tǒng)的的照明控制方式，功能簡單，布線復(fù)雜遠不能滿足當今社會發(fā)展的要求。隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)等的發(fā)展，利用現(xiàn)場總線智能節(jié)點將照明設(shè)備構(gòu)成局域控制網(wǎng)絡(luò)，形成網(wǎng)絡(luò)化控制必將成為智能照明控制的發(fā)展趨勢。正因為這樣研究現(xiàn)場總線與照明控制相結(jié)合的技術(shù)，必將是未來發(fā)展的需要，因此，有必要研究照明控制在現(xiàn)場總線上的應(yīng)用。然而， CAN 總線又是現(xiàn)場總線的杰出代表之一，因此研究 CAN 總線對照明的控制有其重大的意義。這 不僅促進了智能照明控制技術(shù)的發(fā)展，也拓寬了現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域。還能實現(xiàn)“綠色照明”，節(jié)約能源。 考慮到照明控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成智能網(wǎng)絡(luò)照明控制系統(tǒng)是未來的發(fā)展趨勢，因此我們有必要研究基于現(xiàn)場總線局域網(wǎng)絡(luò)的 智能 照明控制技術(shù)，本課 題正是基于此 而提出的基于 CAN 總線的 智能 照明控制系統(tǒng) 設(shè)計。 本課題主要任務(wù)是研究 CAN 總線在智能照明設(shè)備控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且開發(fā)出三個智能 CAN總線節(jié)點，并利用這三個節(jié)點，搭建 CAN 總線局域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了遠距離多節(jié)點的照明控制方案，設(shè)計中采用一個主控節(jié)點，兩個從節(jié)點，通過主 控節(jié)點，控制兩從節(jié)點上的兩盞照明燈，照明燈通過 AC220V 供電，并制作了繼電器控制模塊，實現(xiàn)強電弱電的隔離。并通過長距離（ 20 米左右）、多節(jié)點聯(lián)網(wǎng)控制測試，幾乎滿足實際照明控制系統(tǒng)的所有要求，具有重大的實際應(yīng)用意義。 廣西科技大學 (籌 )畢業(yè)設(shè)計論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計 3 2 系統(tǒng) 設(shè)計 設(shè)計要求 本題目要求設(shè)計一個 基于 CAN 總線的 智能照明控制系統(tǒng) 。 設(shè)計中采用主從節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案，通過主節(jié)點對各個從節(jié)點 的照明燈進行實時監(jiān)控 。 系統(tǒng) 要求設(shè)計一個主節(jié)點，多個從節(jié)點 ， 并模擬應(yīng)用現(xiàn)場，進行試驗 研究 。 主節(jié)點 具有 實時監(jiān)控各個從節(jié)點照明燈開關(guān)時間、狀態(tài)等 的 功能 。 在 主節(jié)點上 ，主節(jié)點可以隨時 設(shè)置所有從節(jié)點 開關(guān)燈時間 及狀態(tài) ，從節(jié)點 也可以隨時設(shè)置本節(jié)點燈設(shè)備的 開關(guān) 情況。 并且 ， 無論是在哪里改變了 照明燈設(shè)備的開關(guān)狀態(tài) 或 剩余時間，都能 實時的更新 主從節(jié)點上 的顯示 。 此外， 本 系統(tǒng) 還具有離線檢測， 通訊指示，運行指示等功能。 當 某從節(jié)點設(shè)備 人為的 從總線上 卸下或 由于總線局部斷開 而造成的節(jié)點離線， 都能在主節(jié)點 監(jiān)控界面上實時顯示。 另外 ， 系統(tǒng)具有通信故障指示，當 與主節(jié)點相連的總線斷開時， 主節(jié)點將作出相應(yīng)的 通信 異常 指示。 總體設(shè)計方案 設(shè)計思路 本設(shè)計是一個基于 CAN 總線的現(xiàn)場測 控網(wǎng)絡(luò) 。 設(shè)計 中 采用 主從式 總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)主從節(jié)點的 信息 交流。 并且采用 CAN 總線的雙驗收濾波技術(shù)，以 保證同時支持 CAN總線的點對點通信和廣播通信方式 ，為節(jié)點間的 正確 通信打下 良好 基礎(chǔ)。 系統(tǒng)工作流程如下 ：首先， 在 主節(jié)點 利用觸摸屏輸入 各從節(jié)點燈控制信息 ， 點擊確定后 ，先依次將各個從節(jié)點的設(shè)置信息，以點對點的方式發(fā)送給 各個 從節(jié)點， 緊接著 用廣播方式將一個 啟動 燈 信號發(fā)送給所有的從節(jié)點 ，以保證同時啟動所有從節(jié)點燈設(shè)備。 當 從節(jié)點設(shè)備接收到燈設(shè)置信息 和確定信號 后， 從節(jié)點 將接收到的信息進行解包翻譯 ，并產(chǎn)生照明燈 開關(guān) 控制 信號和 定時器控制信號 以控制燈設(shè)備 。 在 正常運行模式 (非設(shè)置模式 )下 ，主節(jié)點 通過不斷向各個從節(jié)點 發(fā)送數(shù)據(jù)請求幀， 從節(jié)點只有 接收到目標地址為自己節(jié)點號的數(shù)據(jù)請求幀，才會將 本節(jié)點燈設(shè)備的 開關(guān)狀態(tài)和剩余時間 發(fā)送給主節(jié)點進行更新顯示 ， 從而實現(xiàn) 主節(jié)點對從節(jié)點的實時監(jiān)控 。 當從節(jié)點 將自身的 燈 控制信息更改后 ，由于 主節(jié)點不斷的向從節(jié)點請求數(shù)據(jù) ，故，各從節(jié)點的燈信息也能在主節(jié)點上動態(tài)更新。 對于離線檢測 功能的實現(xiàn) ， 主節(jié)點 在規(guī)定的時間內(nèi) ，檢查 各個從節(jié)點 是否發(fā)送過 數(shù)據(jù)給主節(jié)點 ，如果沒有發(fā)送過數(shù)據(jù)，則認為 該從節(jié)點 已經(jīng)斷開了 總線的連接 即 節(jié)點 離線 。否則，從節(jié)點在線。 在 運行指示 功能 中， 當 主節(jié)點主程序 停止運行則 指示運行不正常。具體實現(xiàn)如下， 首先 定義一個全局變量 WorkCount， 在主節(jié)點主程序 的 while 工作 循環(huán)中 自加 ， 當 while 循環(huán)執(zhí)行一次，則該 變量增加 1， 當 該變量能 達到某設(shè)定閾值則 取反運行指示燈狀態(tài)并 清零 WorkCount 后重新自加 計數(shù) ， 這樣 當 主程序還在運行，則運行指廣西科技大學 (籌 )畢業(yè)設(shè)計論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計 4 示燈就一直在閃爍 。 方案論證與比較 考慮到實際因素的制約，所以不可能考慮高成本以及在實驗室難以制作的設(shè)備，由于照明設(shè)備所處的環(huán)境差異較大，有些環(huán)境較為惡劣，在降低成本的同 時還要保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，所以在選擇器件時就應(yīng)優(yōu)先考慮上述因素。 主控制器 對于 從節(jié)點 單片機的選 擇 ，我們采用比較常用的 STC89 系列單片機，如 STC89C52。選用該型單片機的原因： （ 1）從 節(jié)點的功能比較單一，程序量不大，采用該型單片機無須擴展程序存儲器。 （ 2）起數(shù)據(jù)采集和輸出控制作用的智能 從 節(jié)點的數(shù)據(jù)都會及時發(fā)送出去，需要的本地存儲器容量也不大，采用該型單片機無須擴展數(shù)據(jù)存儲器； （ 3）選用該類型單片機，可以采用由德國的 Keil 公司生產(chǎn)的，在代碼生成方面處于世界領(lǐng)先地位 Keil 軟件 開發(fā)工具，該開發(fā)工具比較容易獲得，具有友好的界面，我們也比較熟悉。它內(nèi)部具有兼容于 MCS51 的頭文件，編程方便，開發(fā)周期短，開發(fā)效率高。故，我們選用 STC89C52 單片機作為 從節(jié)點 主控制器。 （ 4） STC89 系列單片機具有較豐富的中斷和計數(shù)器資源；指令與 MCS51 兼容，在軟件編寫上比較方便。 比較后選擇 STC89C52 單片機作為智能 從 節(jié)點主控制器芯片。 對于 主 節(jié)點 ， 由于 要保存和處理多個節(jié)點燈設(shè)備的數(shù)據(jù)，需要較大的 RAM 容量 ， 而為了 建立友好的人機界面 ，還需要彩屏、觸摸屏、 SD卡、串口、蜂鳴器、 CAN 接口電路等外設(shè) ，程序較為龐大 ，需要的 ROM 較大 ， 另外，主節(jié)點 需要處理大量的數(shù)據(jù)，需要較快的運算速度， 數(shù)據(jù)處理中常常要用到乘法運算， 為了提高數(shù)據(jù)運算能力，需要硬件乘法器的支持。然而 通常的 STC89C52 單片機 運算速度 較慢， RAM 和 ROM 都較小，內(nèi)部無集成硬件乘法器和 CAN 控制器 等 。 因此，不選用 STC89C52 單片機作為主節(jié)點的主控制器。 由于 LPC2119ARM 系列微處理器 運行速度較快，內(nèi)部有 16KRAM 和 128K 的 Flash 存儲器 能滿足主節(jié)點的 存儲器要求， 并且 LPC2119 內(nèi)部集成有 硬件乘法器和 CAN 控制器，選用該處 理器作為主節(jié)點的住控制器 ，可以提高可靠性并降低制作成本，此外， LPC2119處理器功耗較低，采用 和 供電就可以了 ，耗電較少 。 故，主節(jié)點采用 NXP 公司生產(chǎn)的 LPC2119 微 處理器作為主控制器。 CAN 控制器選擇 選擇哪種 CAN 控制器將對整個系統(tǒng)的成本產(chǎn)生較大的影響。目前市場上 CAN 控制器分為單片機（或 DSP）內(nèi)嵌式和獨立式二大類。 (1)主節(jié)點 CAN 控制器選擇 由于主節(jié)點選用 LPC2119 處理器，其內(nèi)部 集成有 CAN 控制器，故主節(jié)點無需再選有廣西科技大學 (籌 )畢業(yè)設(shè)計論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計 5 獨立 CAN 控制器。 (2)從節(jié)點 CAN 控 制器選擇 考慮到從節(jié)點 控制任務(wù)簡單，為降低成本選用常用的 STC89C52 作為主控制器， 其內(nèi)部無集成的 CAN 控制器，故選用獨立的 CAN 控制器芯片。 在這里我們采用 Philips 公司的獨立式 CAN控制器 SJA1000， 目前在國內(nèi)市場上最熱門，它與單片機的接口簡單，訪問 SJA1000 就像訪問單片機的外部 RAM 一樣，操作簡單，方便。而且 SJA1000 還是一款支持 協(xié)議的 CAN 控制器芯片，并且 其價格也不高，其可采用直列式封裝，制作簡單。因此，我們選擇 SJA1000 作為從節(jié)點的 CAN 控制器。 CAN 收發(fā)器 對于 CAN 收發(fā) 器，只有 PCA82C250 最為適合了，盡管有 TJA1050， PCA82C252,CF15, Si9200 但是 PCA82C250 在市場應(yīng)用多，相關(guān)的設(shè)計較多，因此選擇 PCA82C250 作為 CAN收發(fā)器。 CAN 通信電纜 為了提高 CAN 總線通信可靠性和抗干擾能力，我們采用雙絞線作 為 CAN 總線通信電纜，雙絞線通過雙絞，減少自身對外界的電磁波輻射，同時也提高了外部電磁波輻射的抗干擾能力，另外，當平行對線傳輸高頻信號時由于兩線之間存在的電容作用，引起信號相位相對滯后，當平行 線對雙絞時， 就會在線對形成電容的同時形成一個串聯(lián)的電感 ，以抵消電容的影響，從而提高通信可靠性。 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng) 主要 采用主從式總