【正文】 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)重情況下具有自動關(guān)閉功能，保證不會出現(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)。 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)出燈光自動調(diào)光系統(tǒng)、自動關(guān)停系統(tǒng)和自動補(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。尤其是亞洲的日本、新加坡、臺灣等國家和地區(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。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)。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。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?，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。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)。研究的主要內(nèi)容如下:1）通過閱讀中英文文獻(xiàn)資料、現(xiàn)場調(diào)研，深入了解國內(nèi)外有關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、產(chǎn)品現(xiàn)狀和該項(xiàng)技術(shù)在智能照明領(lǐng)域的應(yīng)用情況。設(shè)計(jì)和開發(fā)基于 51 單片機(jī)的智能照明控制器；包括：智能繼電器、智能調(diào)光器、控制面板等。 2 基于 CAN 總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能照明系統(tǒng)一般由傳感器(如光線感應(yīng)器、面板開關(guān)等)、執(zhí)行器(如調(diào)光電子鎮(zhèn)流器)、網(wǎng)絡(luò)通訊單元(路由器、中繼器等)以及輔助單元(如電源)等組成，遵循統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，借助各種不同的“預(yù)設(shè)置”控制方式和控制元件，對不同時(shí)間不同環(huán)境的光亮度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理。因此，在燈具制造工藝相同水平的情況下，在建筑物中采用智能照明系統(tǒng)不僅能操作簡單，管理維護(hù)方便，還可以滿足工作/生活多樣性需求，并且可以有效地達(dá)到節(jié)能的目的。其中硬件設(shè)計(jì)部分有：CAN 接口控制器模塊，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。CAN 最初是由德國 Bosch 公司為汽車的檢測、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。由于 CAN 總線具有以上的一些特點(diǎn)，為工業(yè)控制系統(tǒng)中高可靠性的數(shù)據(jù)傳送提供了一種新的解決方案。CAN 總線已成為最有發(fā)展前途的現(xiàn)場總線之一。(2)CAN 總線傳輸介質(zhì)可用雙絞線、同鈾電線或光纖,具有較強(qiáng)的抗干擾能力,同時(shí)可滿足本安防爆要求等。(3)CAN 可以以多主方式工作,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,通信方式靈活。(5)CAN 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息可分成不同的優(yōu)先級,可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。(7)CAN 采用短幀結(jié)構(gòu),每一幀為 8 個(gè)字節(jié),保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。它被公認(rèn)為最有發(fā)展前途的現(xiàn)場總線之一。CAN 系統(tǒng)具有很好的數(shù)據(jù)兼容性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)按照幾何圖形形狀可分為 4 種類型:總線拓?fù)?、環(huán)形拓?fù)?、星型拓?fù)浜途W(wǎng)狀拓?fù)洌@些形狀也可以混合構(gòu)成混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中我們采用總線式結(jié)構(gòu),總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是單根電纜組成，該電纜連接網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。在總線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)都將偵聽數(shù)據(jù)，只有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收并處理發(fā)給它的數(shù)據(jù)后，其他節(jié)點(diǎn)才能忽略該數(shù)據(jù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)增加時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能將下降。因此，很少 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)采用一個(gè)單純的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的。它可以分為多主式(Multi 一 masetr)結(jié)構(gòu)和主從式 (Infrastructure)結(jié)構(gòu)兩種。在這種工作方式下，CAN網(wǎng)絡(luò)支持點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)和全局廣播方式接收、發(fā)送數(shù)據(jù)。這是 CAN 總線的基本協(xié)議所支持的工作方式，無需上層協(xié)議的支持。在主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的通信方式下，整個(gè)系統(tǒng)的通信活動要依靠主站中的調(diào)度器來安排。所以采取主從式結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)都需要采取必要的措施去解決瓶頸問題。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中我們將這兩種通信方式綜合起來使用,來方便控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作,并適時(shí)的接受各節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)。（1） 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層包括邏輯鏈路控制子層 LLC 和媒體訪問控制子層 MAC。②確認(rèn)由 LLC 子層接受的報(bào)文實(shí)際已被接收。介質(zhì)訪問控制子層 MAC 的作用主要是傳送的規(guī)則，也就是控制幀的結(jié)構(gòu)，執(zhí)行仲裁，錯(cuò)誤檢測，出錯(cuò)的標(biāo)定，故障界定。定時(shí)特性也是 MAC 子層的一部分。物理層規(guī)定了CAN 總線電平的兩種狀態(tài)：“顯性(Dominant)，和“隱性(Ressive)。 VCANH 和 VCANL 為總線收發(fā)器與總線之間兩接口引腳，信號以兩線之間的差分電壓形式出現(xiàn)。在總線空閑或隱性位期間，發(fā)送隱性位，顯性位以大于最小閥值的差分電壓表示。但無論是哪種幀格式，都含有以下 4 種不同類型的幀:（1）數(shù)據(jù)幀(Data Frame):數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌＃?）錯(cuò)誤幀(Error Frame):任何單元檢測到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由 7 個(gè)不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC 場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。只在總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，才允許節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送。2)仲裁場:在標(biāo)準(zhǔn)格式中，仲裁場由 11 位標(biāo)識符和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位 RTR 組成，標(biāo)識符為 。標(biāo)識符的最高位 最先被發(fā)送 RTR 位在數(shù)據(jù)幀中必須是顯位，而在遠(yuǎn)程幀中必須為隱位。IDE 位在標(biāo)準(zhǔn)格式中以顯性電平發(fā)送，而在擴(kuò)展格式中為隱性電平。兩個(gè)保留位必須發(fā)送顯性位，但接收器認(rèn)可顯位與隱位的全部組合。一個(gè)數(shù)據(jù)幀允許發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目為 08，不能使用其他數(shù)值。首先發(fā)送的是第一個(gè)字節(jié)的最高位。6)應(yīng)答場(ACK):為兩位，包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符。一個(gè)正確接收到有效報(bào)文的接收器，在應(yīng)答間隙，將此信息通過發(fā)送一個(gè)顯性位報(bào)告給發(fā)送器，此時(shí)發(fā)送器發(fā)出的隱性位被改寫為顯性位，表明至少有一個(gè)接收器已經(jīng)正確接收。因此，應(yīng)答間隙被兩個(gè)隱性位(CRC 界定符和應(yīng)答界定符)包圍。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望接收某些信息時(shí)，可以借助于傳送一個(gè)遠(yuǎn)程幀啟動信息源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。不同于數(shù)據(jù)幀，遠(yuǎn)程幀的 RTR 位是隱性位，也不存在數(shù)據(jù)場。 出錯(cuò)幀出錯(cuò)幀由兩個(gè)不同場組成，第一個(gè)場由來自各節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加得到，隨后的第二個(gè)場是出錯(cuò)界定符?；顒渝e(cuò)誤標(biāo)志由 6 個(gè)連續(xù)的顯性位組成，而認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志由 6 個(gè)連續(xù)的隱性位組成，除非被來自其他節(jié)點(diǎn)的顯性位沖掉重寫。這一出錯(cuò)標(biāo)注形式違背了適用于由幀起始至 CRC 界定符所有場的填充規(guī)則，或者破壞了應(yīng)答場或幀結(jié)束場的固定形式。這樣，在總線上被監(jiān)視到的顯性位序列是由各個(gè)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)發(fā)送的出錯(cuò)標(biāo)志疊加而成的。一個(gè)檢測到出錯(cuò)條件的“錯(cuò)誤認(rèn)可”節(jié)點(diǎn)試圖發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志進(jìn)行標(biāo)注。當(dāng)檢測到 6 個(gè)相同極性的連續(xù)位后，認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志即告完成。錯(cuò)誤標(biāo)志發(fā)送后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都送出隱性位，并監(jiān)視總線，直到檢測到隱性位。 超載幀超載幀包括兩個(gè)位場:超載標(biāo)志和超載界定符。另一個(gè)是在間歇場檢測到顯性位。在大多數(shù)情況下，為延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，兩種超載幀均可產(chǎn)生。全部形式對應(yīng)于活動錯(cuò)誤標(biāo)志形式。第 6 個(gè)顯性位違背了引起出錯(cuò)條件的位填充規(guī)則。超載界定符與錯(cuò)誤界定符具有相同的形式。在此節(jié)點(diǎn)上，總線上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均完成送出其超載標(biāo)志，并且所有節(jié)點(diǎn)一致地開始發(fā)送剩余的 7 個(gè)隱性位。(l)發(fā)送監(jiān)視。(2)填充錯(cuò)誤。(3)CRC 錯(cuò)誤。(4)格式錯(cuò)。(5)應(yīng)答錯(cuò)誤。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，接收站將發(fā)送活動出錯(cuò)標(biāo)志，而發(fā)送站將發(fā)送認(rèn)可出錯(cuò)標(biāo)志。分析本系統(tǒng)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸較低，且各節(jié)點(diǎn)間的通訊規(guī)律性較強(qiáng)。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。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，總體上作如下選擇：圖 基于 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)。（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(gè)節(jié)點(diǎn)，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）。(3)CAN 遵循 ISO 標(biāo)準(zhǔn)模式。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。本系統(tǒng)選擇獨(dú)立的 CAN 控制器。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。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。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。該系統(tǒng)的主要通信方式是控制臺向各個(gè)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。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(shí)現(xiàn)控制信息的傳輸。 CAN 通信接口模塊的設(shè)計(jì) 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。CS：片選輸入，低電平允許訪問 SJAI00000。WR：微控制器的/WR 信寫(INTEL 模式)或 RD/(/WR)信號(MOTOROLA 模式)。VSS1:接地。注:XTAL1 引腳必須通過 15pF 的電容連到 VSS1。注:XTAL2 引腳必須通過 15pF 的電容連到 VSS1。VDD3：輸出驅(qū)動的 5V 電壓源。TX1：從 CAN 輸出驅(qū)動器 1 輸出到物理線路上。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(shí)低電平有效。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。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。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。VDD1：邏輯電路的 5V 電壓源。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。(2)具有擴(kuò)展的接收緩沖器為 64 字節(jié),先進(jìn)先出(FIFO)。(4)位速率可達(dá) 1Mbps；24MHz 的時(shí)鐘頻率。(6)支持與不同微處理器的接口。(8)增強(qiáng)了溫度范圍(40～125℃)。GND：接地。RXD：接收數(shù)據(jù)輸出。CANL：低電平 CAN 電壓輸入/輸出。Rs:Slope 電阻輸入。CAN 核心模塊負(fù)責(zé) CAN 信息幀的收發(fā)和 CAN 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。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(yàn)收濾波器單元完成接收信息的濾波,只有驗(yàn)收濾波通過且無差錯(cuò)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。本身不帶 CAN 控制器,所以要實(shí)現(xiàn)與 CAN總線之間的通信需外加 CAN 控制器和 CAN 驅(qū)動器。由于 MB89P857 不具備 CAN 控制器，本設(shè)計(jì)中采用 SJA1000 型 CAN 總線通信控制器。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。從圖 可以看出,硬件電路主要由微控制器 89C5SJA1000、CAN 總線收發(fā)器和高速光電耦合器 6N137 組成。為了增強(qiáng)總線節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了總線上各節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊實(shí)現(xiàn)。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(gè) 5Ω 的電阻與 CAN 總線連接，電阻可起到一定的限