【文章內(nèi)容簡介】 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(gè)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(jìn)行調(diào)整，以實(shí)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?jiǎng)?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(jī)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(jìn)了照明控制技術(shù)的發(fā)展。因此，本課題就是利用高性價(jià)比、安全可靠運(yùn)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(diǎn)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(qiáng)適應(yīng)性 (6)系統(tǒng)成本低、性能高 在 20 世紀(jì) 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(shí)制定了自己相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。自 20 世紀(jì) 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(dá)數(shù)十種。但通過實(shí)際應(yīng)用后，這些現(xiàn)場總線產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)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(yùn)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(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，節(jié)廣西科技大學(xué)(籌)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2點(diǎn)之間有優(yōu)先級之分，因而通信方式靈活；CAN 可以點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)（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，可以大大節(jié)省總線沖突仲裁時(shí)間，在重負(fù)荷下表現(xiàn)出良好的性能。最早運(yùn)用于汽車工業(yè)，隨著 CAN 總線技術(shù)的不斷發(fā)展，其運(yùn)用領(lǐng)域也得到不斷的擴(kuò)展，如今，在機(jī)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(jī)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(jìn)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(shí)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(shí)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(yuǎn)不能滿足當(dāng)今社會發(fā)展的要求。隨著計(jì)算機(jī)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(diǎn)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?yàn)檫@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(jìn)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(shí)現(xiàn)“綠色照明” ，節(jié)約能源?？紤]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(jì)。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(gè)智能 CAN 總線節(jié)點(diǎn)，并利用這三個(gè)節(jié)點(diǎn)，搭建 CAN 總線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離多節(jié)點(diǎn)的照明控制方案，設(shè)計(jì)中采用一個(gè)主控節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)從節(jié)點(diǎn)，通過主控節(jié)點(diǎn)，控制兩從節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)強(qiáng)電弱電的隔離。并通過長距離（20 米左右） 、多節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)控制測試，幾乎滿足實(shí)際照明控制系統(tǒng)的所有要求，具有重大的實(shí)際應(yīng)用意義。廣西科技大學(xué)(籌)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)32 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 本題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中采用主從節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案，通過主節(jié)點(diǎn)對各個(gè)從節(jié)點(diǎn)的照明燈進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，并模擬應(yīng)用現(xiàn)場，進(jìn)行試驗(yàn)研究。主節(jié)點(diǎn)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)從節(jié)點(diǎn)照明燈開關(guān)時(shí)間、狀態(tài)等的功能。在主節(jié)點(diǎn)上，主節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)設(shè)置所有從節(jié)點(diǎn)開關(guān)燈時(shí)間及狀態(tài)，從節(jié)點(diǎn)也可以隨時(shí)設(shè)置本節(jié)點(diǎn)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(shí)間，都能實(shí)時(shí)的更新主從節(jié)點(diǎn)上的顯示。此外，本系統(tǒng)還具有離線檢測，通訊指示，運(yùn)行指示等功能。當(dāng)某從節(jié)點(diǎn)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(diǎn)離線，都能在主節(jié)點(diǎn)監(jiān)控界面上實(shí)時(shí)顯示。另外，系統(tǒng)具有通信故障指示，當(dāng)與主節(jié)點(diǎn)相連的總線斷開時(shí)，主節(jié)點(diǎn)將作出相應(yīng)的通信異常指示。 總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于 CAN 總線的現(xiàn)場測控網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)中采用主從式總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)的信息交流。并且采用 CAN 總線的雙驗(yàn)收濾波技術(shù)，以保證同時(shí)支持 CAN總線的點(diǎn)對點(diǎn)通信和廣播通信方式，為節(jié)點(diǎn)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(diǎn)利用觸摸屏輸入各從節(jié)點(diǎn)燈控制信息，點(diǎn)擊確定后，先依次將各個(gè)從節(jié)點(diǎn)的設(shè)置信息，以點(diǎn)對點(diǎn)的方式發(fā)送給各個(gè)從節(jié)點(diǎn)，緊接著用廣播方式將一個(gè)啟動燈信號發(fā)送給所有的從節(jié)點(diǎn)，以保證同時(shí)啟動所有從節(jié)點(diǎn)燈設(shè)備。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)設(shè)備接收到燈設(shè)置信息和確定信號后，從節(jié)點(diǎn)將接收到的信息進(jìn)行解包翻譯，并產(chǎn)生照明燈開關(guān)控制信號和定時(shí)器控制信號以控制燈設(shè)備。在正常運(yùn)行模式(非設(shè)置模式)下，主節(jié)點(diǎn)通過不斷向各個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請求幀，從節(jié)點(diǎn)只有接收到目標(biāo)地址為自己節(jié)點(diǎn)號的數(shù)據(jù)請求幀，才會將本節(jié)點(diǎn)燈設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)和剩余時(shí)間發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新顯示，從而實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)對從節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)將自身的燈控制信息更改后，由于主節(jié)點(diǎn)不斷的向從節(jié)點(diǎn)請求數(shù)據(jù)，故，各從節(jié)點(diǎn)的燈信息也能在主節(jié)點(diǎn)上動態(tài)更新。對于離線檢測功能的實(shí)現(xiàn)，主節(jié)點(diǎn)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，檢查各個(gè)從節(jié)點(diǎn)是否發(fā)送過數(shù)據(jù)給主節(jié)點(diǎn)，如果沒有發(fā)送過數(shù)據(jù)，則認(rèn)為該從節(jié)點(diǎn)已經(jīng)斷開了總線的連接即節(jié)點(diǎn)離線。否則，從節(jié)點(diǎn)在線。在運(yùn)行指示功能中，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)主程序停止運(yùn)行則指示運(yùn)行不正常。具體實(shí)現(xiàn)如下，首先定義一個(gè)全局變量 WorkCount，在主節(jié)點(diǎn)主程序的 while工作循環(huán)中自加，當(dāng) while 循環(huán)執(zhí)行一次，則該變量增加 1，當(dāng)該變量能達(dá)到某設(shè)定閾廣西科技大學(xué)(籌)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4值則取反運(yùn)行指示燈狀態(tài)并清零 WorkCount 后重新自加計(jì)數(shù)，這樣當(dāng)主程序還在運(yùn)行，則運(yùn)行指示燈就一直在閃爍。 方案論證與比較考慮到實(shí)際因素的制約，所以不可能考慮高成本以及在實(shí)驗(yàn)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(shí)還要保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，所以在選擇器件時(shí)就應(yīng)優(yōu)先考慮上述因素。 主控制器對于從節(jié)點(diǎn)單片機(jī)的選擇，我們采用比較常用的 STC89 系列單片機(jī)，如STC89C52。選用該型單片機(jī)的原因：（1）從節(jié)點(diǎn)的功能比較單一，程序量不大，采用該型單片機(jī)無須擴(kuò)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(diǎn)的數(shù)據(jù)都會及時(shí)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(jī)無須擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器；（3）選用該類型單片機(jī)，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(jī)作為從節(jié)點(diǎn)主控制器。（4）STC89 系列單片機(jī)具有較豐富的中斷和計(jì)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(jī)作為智能從節(jié)點(diǎn)主控制器芯片。對于主節(jié)點(diǎn)，由于要保存和處理多個(gè)節(jié)點(diǎn)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(jī)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(diǎn)需要處理大量的數(shù)據(jù)，需要較快的運(yùn)算速度，數(shù)據(jù)處理中常常要用到乘法運(yùn)算，為了提高數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，需要硬件乘法器的支持。然而通常的 STC89C52 單片機(jī)運(yùn)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(jī)作為主節(jié)點(diǎn)的主控制器。由于 LPC2119ARM 系列微處理器運(yùn)行速度較快，內(nèi)部有 16KRAM 和 128K 的Flash 存儲器能滿足主節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(gè)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(jī)（或 DSP）內(nèi)嵌式和獨(dú)立式二大類。廣西科技大學(xué)(籌)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5(1)主節(jié)點(diǎn) CAN 控制器選擇由于主節(jié)點(diǎn)選用 LPC2119 處理器，其內(nèi)部集成有 CAN 控制器，故主節(jié)點(diǎn)無需再選有獨(dú)立 CAN 控制器。(2)從節(jié)點(diǎn) CAN 控制器選擇考慮到從節(jié)點(diǎn)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(dú)立的 CAN 控制器芯片。在這里我們采用 Philips公司的獨(dú)立式 CAN 控制器 SJA1000，目前在國內(nèi)市場上最熱門，它與單片機(jī)的接口簡單，訪問 SJA1000 就像訪問單片機(jī)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(jià)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(diǎn)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(jì)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(shí)也提高了外部電磁波輻射的抗干擾能力，另外，當(dāng)平行對線傳輸高頻信號時(shí)由于兩線之間存在的電容作用，引起信號相位相對滯后，當(dāng)平行線對雙絞時(shí)，就會在線對形成電容的同時(shí)形成一個(gè)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)主要采用主從式總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、布線容易、成本低、編程容易等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)中由 CAN 主節(jié)點(diǎn)、多個(gè) CAN 從節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和燈設(shè)備等構(gòu)成。在主節(jié)點(diǎn)上可以設(shè)置或監(jiān)視所有從節(jié)點(diǎn)的燈設(shè)備的開關(guān)燈狀態(tài)及剩余時(shí)間。從節(jié)點(diǎn)也可以自行設(shè)置本節(jié)點(diǎn)燈的狀態(tài)情況。網(wǎng)絡(luò)中可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式以及廣播發(fā)送方式，以確保幀信息的正確達(dá)到。具體系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，如圖 所示：廣西科技大學(xué)(籌)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6CAN_LCAN_H120220CAN1(從節(jié)點(diǎn))CAN2(從節(jié)點(diǎn))CANn(從節(jié)點(diǎn))CAN0(主節(jié)點(diǎn))照明燈 1 照明燈 2 照明燈 n圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖智能通信節(jié)點(diǎn)主要由單片機(jī)處理器、CAN 總線控制器和相應(yīng)的輸入輸出設(shè)備三部分組成。首先主節(jié)點(diǎn)將帶有照明控制信號的控制信息通過 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到特定的從節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)接收到控制信息后，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚粗鞴?jié)點(diǎn)控制要求產(chǎn)生特定的照明控制信號，以控制相應(yīng)的照明設(shè)備。從而實(shí)現(xiàn)對照明設(shè)備的定時(shí)開、關(guān)控制。以此同時(shí)，從節(jié)點(diǎn)不斷的對相應(yīng)照明燈的開關(guān)狀態(tài)、當(dāng)前剩余時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過 CAN 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)顯示，以實(shí)現(xiàn)對各照明設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，照明燈的控制信號可以在照明設(shè)備現(xiàn)場的從節(jié)點(diǎn)上設(shè)置，也可以在控制室里的主節(jié)點(diǎn)上設(shè)置。無論是在哪里改變了照明設(shè)備的控制信號，都能實(shí)時(shí)的刷新主、從節(jié)點(diǎn)上的顯示狀態(tài)。從而使系統(tǒng)控制靈活、方便。廣西科技大學(xué)(籌)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 CAN 總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)73 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括主節(jié)點(diǎn)硬件電路結(jié)構(gòu)和從節(jié)點(diǎn)硬件電路結(jié)構(gòu)以及繼電器模塊等。主節(jié)點(diǎn)由 LPC2119ARM7 處理器、TF