毕业设计（论文）-基于现场总线的智能照明控制系统设计.doc

本科毕业设计说明书全套设计加扣 3012250582 题 目： 基于现场总线的智能照明控制系统设计院 （部）： 信息与电气工程学院专 业： 电气工程与自动化班 级： 电气124姓 名： 山东建筑大学毕业设计说明书II学 号： 指导教师： 完成日期： 2016年6月山东建筑大学毕业设计说明书目目 录录摘 要.IVABSTRACTABSTRACT.V1 绪 论.11.1 引言 .11.2 课题的研究意义 .11.3 课题研究背景 .21.4 文章结构.32 CAN 总线技术 .52.1 CAN 总线技术规范.52.1.1 CAN 的性能特点.52.1.2CAN 总线通信协议.52.1.3 报文传送及其帧结构.62.2CAN 控制器 SJAL00 SJA1000 在网络中的作用：.102.2.2芯片SJAL000 的概述.102.2.3. 控制器主要由下述几部分构成：.112.2.4 CAN 控制器 SJA1000 在系统中的位置.112.3 CAN 总线驱动器 82C250 .122.3CAN 总线典型接线图.13图 2.2.4 CAN 控制接线图.133 基于 CAN 总线的楼宇智能照明控制系统硬件设计 .143.1.1 智能照明控制总体结构：.143.1.2 智能照明控制系统各单元拓扑结构： .143.1.3 照明控制系统网络参数配置.153.1.4 参数配置解释：.163.2 控制器单元设计 .17山东建筑大学毕业设计说明书II3.2.1 时钟管理： .173.2.2 无线遥控发射、接收电路设计.223.2.3 控制器与上位机通信： .263.2.4 看门狗电路： .283.3 控制面板单元设计 .303.3.1 显示部分的设计.303.3.2 按键电路设计.323.3.3 EEPROM 24C08.333.4 调光模块 .343.4.1 硬件电路设计.343.4.4 调光接口设计：.403.4.5 采用模拟光耦设计的调节电路.413.5 智能继电器模块设计 .433.5.1 智能继电器原理.433.5.2 电压检测单元设计：.443.5.3 电流检测电路设计.443.5.4 A/D 转换芯片 TLC2543：.453.5.5 继电器驱动接口电路设计.463.6 探测器模块.463.6.1 探测器硬件原理图：.473.6.2 动静探测电路设计：.473.6.3 照度传感器：.494 楼宇智能照明控制系统的软件设计.514.1 软件编程思想 .514.2 探测器单元软件设计 .514.2.1 采样时间 T 确定：.524.2.2 探测器程序框图：.524.3 调光器单元软件设计 .534.4 继电器单元软件设计.56山东建筑大学毕业设计说明书III4.5 控制面板单元软件设计： .584.6 控制器单元软件设计 .59总结与展望.62总结：.62致 谢.63参考文献.64山东建筑大学毕业设计说明书IV摘 要智能照明充分将计算机网络技术、电气控制技术和建筑物内的各种照明器件充分结合在一起，从而实现对照明的有效管理和控制。智能照明不仅实现照明艺术性和舒适性，而且能够有效的降低电能消耗和导线的使用。CAN总线是一种连接自动化系统和现场设备的通信网络，具有控制功能分散、开放、全数字信号传输等特点。本文讨论了CAN总线在照明控制中的应用，分析了基于CAN总线的智能照明控制系统结构，完成了对系统网络设备的参数配置，设计了基于CAN总线的智能照明控制系统。采用AT89C52单片机设计了智能调光器、探测器、智能继电器、控制面板、控制器等CAN节点，实现了CAN总线的智能照明控制系统的硬件设计。在调光器模块中，设计了基于可调光电子镇流器IR2159的数字调光电路。在探测器模块中，采用分立元件设计了红外动静检测电路、光照度检测电路。 完成了CAN总线的智能照明控制系统的软件设计，实现调光器、探测器、继电器、控制面板、CAN控制器的通信与控制功能。关键词：智能照明；单片机；CAN 总线； 山东建筑大学毕业设计说明书VDesign of intelligent lighting control system based on field busABSTRACTIntelligent lighting will be full of computer network technology, electrical control technology and the building of a variety of lighting devices combine together, so as to realize the effective management and control of lighting. Intelligent lighting not only to achieve art lighting and comfortable, but also can effectively reduce electric energy consumption and wire.Can bus is a kind of automation systems and field devices connected to the communication network, has distributed control function, opening, full digital signal transmission characteristics. This paper discusses the application of CAN bus in the lighting control and analysis based on CAN bus intelligent lighting control system structure, the system network equipment configuration parameters, design the control system based on CAN bus intelligent lighting.Uses AT89C52 microcontroller design of intelligent dimmer, detectors, intelligent relay, control panel, and controller node, the realization of the CAN bus intelligent lighting control system hardware design. In dimmer module, design the dimming electronic ballast IR2159 number tone light circuit based on programmable. In the detector module, using discrete components and infrared movement detection circuit is designed, the light intensity detection circuit.Completed the software design of CAN bus intelligent lighting control system, and realized the communication and control function of the light controller, detector, relay, control panel, CAN controller.Key Words: Intelligent lighting; single chip microcomputer; CAN bus; 山东建筑大学毕业设计说明书11 绪 论1.1 引言我国经济正在飞速发展，人们对照明的要求也随之改变，由最初提供亮度的基本功能到现在多方面的需求：不仅要提供适宜的环境亮度，而且要营造优雅舒适的氛围，同时兼顾节能。需求的变化导致控制方式的改进：由传统的机械式开关演变为现在综合计算机网络技术、无线通信技术、电力电子子技术的智能照明控制系统12。1.2 课题的研究意义信息控制技术正在飞速发展, 现代化建筑中的楼宇自控设备越来越多和控制系统越来越复杂。目前，我国照明用电占建筑用电的 20%-30%，本课题是一种基于单片机AT89C52 和 CAN 总线的智能照明系统硬件、软件设计。该系统可根据对光强度的不同需求，均匀调节环境内光照强度，实现室内照明的人性化、个性化。 目前，传统的控制方法是将被控设备用连线引入控制室。它的缺点是会造成电力电缆铺设过多, 加大了投资成本, 增大了灯回路的辐射干扰程度, 污染了空间电磁环境。智能照明控制系统为现代化建筑楼宇照明提供了一种新型微机型灯光控制系统。智能照明优点良多。第一，它能够创造高效率的照明环境、实现能源的节约。智能照明控制系统借助各种不同的预设置控制方式，对不同时间不同环境进行精确设置和合理管理，充分利用自然光，自动调节照度，只有在必要时才把灯点亮或者点到要求的照度，利用最少的能源保证所要求的照度水平，节能效果显著3。 第二，它能够改善电网质量延长光源寿命。智能照明控制系统对荧光灯实现调光控制，可调光荧光灯电子镇流器可以提高功率因数，减少谐波含量。同时电网电压太高会大大降低灯具的寿命，因此，可以通过有效地抑制电网电压的波动来延长光源的寿命。智能照明控制系统通过浪涌电压和电网的冲击电压，使灯具不会因上述原因损坏。于此同时智能照明控制系统还通过采用软启动和软关断技术，避免了开启灯具时电流对灯丝的热冲击，使得灯具寿命进一步延长，使得照明系统的运行费用降低。因此智能照明控制系统能让光源的寿命延长 24 倍4。第三，管理维护方便智能照明控制系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主，手动控制为辅，照明预置场景的参数以数字式存储在 EEPROM 中，这些信息的设置和更换十分方便，使照明管山东建筑大学毕业设计说明书2理和设备维护变得更加简单。第四，它能够提高照明质量，并且有较高的经济回报率。因为灯具效率和房间墙面反射率会随时间推移不断衰减，所以，照明设计师对新建的建筑物进行照明设计时，会将其初始照度均设置得较高。这种设计方式不但会造成建筑物使用期的照度不相同，而且照度偏高造成不必要的能源浪费。采用智能照明控制，通过智能调光模块，系统将会按照预先设置的标准亮度使照明区域保持恒定的照度，而不受灯具效率降低和墙面反射率衰减的影响，这也是智能照明控制系统可以节约能源的原因之一。另外，这种控制方式内所采用的电气元件也解决了频闪效应，不会使人产生不舒适、头昏脑胀、眼睛疲劳的感觉。智能照明控制和管理系统通过合理管理(在需要的时候、需要的区域把灯点亮到合适的照度)节约能源和降低运行费用(节电可达 2070%，灯具寿命延长 24 倍)，某些重要区域通过调光方式和场景设置功能产生各种灯光效果，营造不同的灯光环境，给人以舒适完美的视觉享受。用户能在降低运行费用中得到经济回报，在 24 年内回收一次性设备投资45 。1.3 课题研究背景智能照明控制就是根据某一区域的功能、使用的时间、室内外亮度来自动控制照明设备，从而实现对灯光的集中统一管理与监控。与此同时结合现代照明技术、艺术设计，科学的管理照明设备，让人们在一个明亮、舒适并富有艺术魅力的照明环境里工作和生活。智能照明控制作为楼宇自动化系统的一个子系统，它可以不再依赖于楼宇设备自动管理系统而独立运行。它不仅可以实现调光与开关控制，还可以预设许多灯光场景，根据场所的功能、室内外照度自动调整场景。我国在 20 世纪(以下同)80 年代末着手编制建设部的民用建筑电气设计规范JGJ/T16-92 时,也开始涉及到智能建筑的理念,并提到了楼宇自动化和办公自动化,直到 90年代初智能建筑这一概念才逐渐被越来越多的人们所认识和接受,尤其是在 1993-1995 年期间, 全国上下许多大中城市的房地产商都将自己开发兴建的建筑标以“智能建筑”, “全智慧型建筑” “3A 型智能建筑”, “5A 型智能建筑”等等, 一时间智能建筑成了房地产商开发销售的热点。我国的智能照明行业虽然起步较晚，但是随着国内经济的高速发展、技术的日趋成熟，以及部分国际品牌如 Dynalite、路创、WIELAND、e-bfb 等进军中国市场，迅速推动了这个行业的发展。进入 21 世纪，国内智能照明厂商如雨后春笋般发展起来，涌现出如瑞朗、百分百照明、清华同方、索博、海尔等大小几十家企业，智能照明进入一个崭新的发展阶段。目前，上海金茂大厦，山东世界贸易中心等建筑已应用了山东建筑大学毕业设计说明书3这种智能型照明控制系统。国外从上个世纪 90 年代就开始从事智能照明系统的开发研究与应用，如奇胜的 C 一BUS 总线，ABB 公司的 I-bus 总线，邦奇 Dyellt 总线协议，PhiliPs 的 DAU 协议，日本松下的 HBS 协议，以及 X-10 的电力线载波协议。采用无线网络技术的智能灯光控制系统产品最近也相继出现在消费者面前。与电力线载波方案一样，由于没有专用的网络线，安装或扩展非常简单，这个方案甚至可以使用电池供电，不用连接电源线，使用非常灵活方便，同时也降低了用户的总体成本。另外，Jini 技术、蓝牙(BlueTooth)技术也不断地在智能家居和智能照明控制中得到应用。据悉，国际知名的半导体制造商 ST 半导体正准备推出灯光控制专用的、结合无线射频功能的控制芯片。德国迈戈公司推出的 MCO 智能情景照明控制系统近日进入我国市场。从 20 世纪 60 年代开发了白炽灯、荧光灯、高强度放电灯所使用的电子调光器5，到 20 世纪 90 年代以来，国外以计算机技术为基础开发出灯光自动调光系统、自动关停系统和自动补偿系统，也称“智能照明”的新型照明控制系统，并已有定型产品得以良好的推广和运用，使建筑照明由传统控制走向计算机控制或无人控制的新领域。自 1984年美国建成第一座智能建筑以来的十几年中,在世界范围内,智能建筑以一种崭新的面貌和技术,迅速在各地展开。尤其是亚洲的日本、新加坡、台湾等国家和地区,为了适应智能建筑的发展,进行了大量的研究和实践,相继建成了一批具有智能化的建筑。总的说来，目前智能照明还处于成长阶段，国内外很多知名企业都看好这个新锐行业，已经投入大量人力和财力来着手研发新颖的智能照明控制系统，并在住宅照明、道路照明、景观照明、体育场馆、工业厂房、公园照明等等照明场合得到不同程度的应用3。1.4 文章结构 基于 CAN 总线的智能照明控制系统是一个由中央控制器、主通信干线、分支、信息接口及控制终端等部分构成，是一个对各区域实施相同的控制和信号采样的网络系统。智能照明的控制终端由调光模块、控制面板、照度动态检测器及动静探测器等单元构成，主控制器和终端之间通过信息接口等元件来连接，实现控制信息的传输。研究的主要内容如下:1）通过阅读中英文文献资料、现场调研，深入了解国内外有关网络技术的发展现状、产品现状和该项技术在智能照明领域的应用情况。2）研究网络组网的关键技术，掌握其工作原理和设计方法；山东建筑大学毕业设计说明书44）设计基于 CAN 总线的智能照明控制系统的硬件电路。设计和开发基于 51 单片机的智能照明控制器；包括：智能继电器、智能调光器、控制面板等。5) 研究系统网络参数的配置、完成系统硬件单元设计。6) 介绍系统各单元软件编制工作。 7）总结本文工作，并对智能照明未来提出展望。 山东建筑大学毕业设计说明书52 CAN 总线技术2.1 CAN 总线技术规范2.1.1 CAN 的性能特点CAN 总线是串行通信网络，由于其采用了许多新技术及独特的设计，与一般的RS232、RS485 通信总线相比，CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可概括如下：（1） CAN为多主方式工作 ，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。（2） CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在 134us内得到传输。（3） CAN采用非破坏性总线仲裁技术 ，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。 （4） CAN只需通过 报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。（5） CAN的直接通信距离最远可达 10km(速率5kbps以下)；通信速率最高可达lMbps(此时通信距离最长为 40m)。（6） CAN上的节点数主要取决于 总线驱动电路 ，目前 可达110个；报文标识符可达2032种(CAN2.0A)，而扩展标准 (CAN2.0B)的报文标识符几乎不受限制。（7） 采用 短帧结构 ，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。（8） CAN的每帧信息都有 CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。（9） CAN的通信介质可为 双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。（10） CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能 ，以使总线上其他节点的操作不受影响。2.1.2CAN 总线通信协议由于 CAN 技术应用的普遍推广，导致要求通信协议的标准化。为此，1991 年9 月 Bosch 公司制定并发布了CAN 技术规范 (Version 2.0)。该技术规范包括A和 B 两部分。 2.0A 给出了 CAN 报文标准格式，而2.0B 给出了标准的和扩展的两种报文格式。根据ISOOSI参考模型， CAN被细分为以下不同的层次：山东建筑大学毕业设计说明书6（1） 数据链路层 (Data Link Layer) 逻辑链路控制子层 (LLC，Logical Link Control)； 介质访问控制子层 (MAC，Medium Access Control)。（2） 物理层 (Physical Layer) 在版本 CAN 2.0A的规范中，数据链路层的 LLC子层和 MAC子层的服务及功能分别被解释为 “目标层 ”和“传输层 ”(目标层和传输层包含所有由 ISOOSI模型定义的数据链路层的服务和功能)。（3） 逻辑链路控制子层 (LLC)的作用范围如下： 为远程数据请求以及数据传输提供服务； 确定LLC子层接收的报文中哪些报文实际上被验收； 为恢复管理和过载通知提供手段。 （4） 介质访问控制子层 (MAC)的作用：主要是传送的规则，也就是控制帧的结构、执行仲裁、错误检测、错误的标定(Error Signalling)、故障的界定 (Fault Confinement)。总线上什么时候开始发送新报文及什么时候开始接收报文，均在MAC 子层里确定。位定时 (Bit Timing)的一般功能也可以看做是MAC 子层的一部分。自然，对于MAC 子层是不允许修改的。（5） 物理层的作用 ：是在不同节点之间根据所有的电气属性进行位的实际传输。同一网络的物理层对于所有节点当然是相同的。尽管如此，在选择物理层方面还是很自由的。2.1.3 报文传送及其帧结构在进行数据传送时， 发出报文的单元称为该报文的发送器。该单元在 总线空闲或丢失仲裁前恒为发送器 。如果一个单元 不是报文发送器 ，并且总线 不处于空闲状态 ，则该单元为接收器 。 位充填构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列均借助 位填充 规则进行编 码。当发送器在发送的位流中检测到5位连续的相同数值时，将自动地在实际发送的位流中插入一个补码位。 数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不进行填充。出错帧和超载帧同样是固定格式，也不进行位填充。报文中的位流按照非归零 (NRZ)码方法编码，这意味着一个完整位的位电平要么是显性，要么是隐性。山东建筑大学毕业设计说明书7 报文传送由 4种不同类型的帧表示和控制：数据帧携带数据由发送器至接收器；远程帧通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；出错帧由检测出总线错误的任何单元发送；超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。数据帧和远程帧借助帧间空间与当前帧分开。 帧格式在CAN2.0B中有 2种不同的帧格式，不同之处为标识符域的长度不同：含有11位标识符的帧称之为标准帧，而含有 29位标识符的帧为扩展帧。. 帧类型 报文传输有以下 4个不同类型的帧： 数据帧 (Data Frame)：数据帧将数据从发送器传输到接收器。 远程帧 (Remote Frame)：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一标识符的数据帧。 错误帧 (Error Frame)：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。 过载帧 (Over load Frame)：过载帧用在相邻数据帧或远程帧之间提供附加的延时。 数据帧和远程帧可以使用标准帧及扩展帧2种格式。它们用一个帧间间隔与前面的帧分开。 标准帧中通过远程发送请求 RTR是显性位或隐性位来区别数据帧和远程帧，在扩展帧中 SRR代替远程请求位和 IDE标识符扩展位来定义。（1）数据帧数据帧由7个不同的位场组成，即：帧起始、仲裁场 、控制长、数据场、CRC场、应答场 、结束场 数据场长度可为 0 。报文数据帧的组成如图2.1.1所示。帧间空间帧起始仲裁场控制场数据场CRC场帧结束帧间空间数据帧ACK图2.1.1 数据帧组成图 帧起始 (SOF) 山东建筑大学毕业设计说明书8标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个显位构成 。只有在总线处于空闲时，才允许站开始发送。所有站都必须同步于首先开始发送的那个站的帧起始前沿。 仲裁场 由标识符和远程发送请求位 (RTR)组成。对于 CAN 2.0A 标准，标识符的长度为 11 位，这些位以从高位到低位的顺序发送，最低位为ID.0，其中最高 7 位(ID.10 ID.4)不能全为隐位。RTR 位在数据帧中必须是显位，而在远程帧中必须为隐位。仲裁场11位ID标识控制场数据场DLC标准格式RTRIDER0SRR图 2.1.2 标准帧组成图扩展格式11位标识符18位标识符仲裁场控制场数据场DLCSRRIDERTRR1SOFR0 图 2.1.3 扩展帧组成图控制场 由 6 位组成控制场包括数据长度码和两个保留位，这两个保留位必须发送显性位，但接收器认可显位与隐位的全部组合。仲裁域控制场数据场保留位数据长度码或CRCIDE/R1r0DLC3DLC2 DLC1DLC0 图2.1.4 控制场组成图数据场 由数据帧中被发送的数据组成，它可包括08个字节，每个字节 8位。首先发送的是最高有效位。循环冗余码 （CRC）场 包括 CRC 序列，后随 CRC 界定符。CRC序列由循环冗余码求得的帧检查序列组成，最适用于位数小于127(BCH码)的帧 。为实现 CRC计算，被除的多项式系数由包括帧起始、仲裁场、山东建筑大学毕业设计说明书9控制场、数据场 (若存在的话 )在内的无填充的位流给出，其15个最低位的系数为0。此多项式被发生器产生的下列多项式除(系数为模 2运算 )：X15 + X14 + X10 + X8 + X7 + X4 + X3 + l该多项式除法的余数即为发向总线的CRC序列 。CRC场CRC序列CRC界定符ACK场图2.1.5 CRC场组成图 应答场 (ACK)为两位，包括应答间隙和应答界定符，CRC场ACK间隙ACK界定符ACK场帧结束图2.1.6 应答场组成图在应答场中，发送器送出两个隐位 。应答场长度为 2 个位，包含应答间隙（ACK Slot）和应答界定符（ ACK Delimiter） ，如图 7.7。在应答场里，发送站发送两个隐性位 。当接收器正确地接受到有效的报文时，接受器就会在应答间隙期间（发送ACK信号）向 发送器发送一显性位以适应答。帧结束： 每一个数据帧和远程帧均由仪表秩序列界定。这一标志序列由7个隐位组成 。（2） 远程帧激活为数据接收器的站可以借助于传送一个远程帧初始化各自源节点数据的发送。作为某数据接收器的站，通过发送远程帧(Remote Frame)可以启动其资源节点传送它们各自的数据。远程帧也有标准格式和扩展格式，而且都由6个不同的位域组成：帧起始、仲裁域、控制域、CRC域、应答域、帧结尾。与数据帧相反， 远程帧的 RTR 位是隐性的 。它 没有数据域 ，所以数据长度代山东建筑大学毕业设计说明书10码的数值没 有意义(可以标注为 08 范围里的任何数值)。RTR 位的极性 表示了所发送的帧是一数据帧 (RTR 位显性 )还是一远程帧 (RTR 位隐性 )。与数据帧不同的是，远程帧的数据场中可以没有数据，其控制场中的DLC 字节数是远程发送要发数据的位数。2.2CAN控制器SJAl0002.2.1 SJA1000在网络中的作用： 在网络的层次结构中， 数据链路层和物理层是保证通信质量至关重要 、不可 缺少的部分，也是网络协议中最复杂的部分。CAN控制器就是扮演这个角色，它是以一块可编程芯片上的逻辑电路的组合来实现这些功能.图2.2.1 SJA1000引脚图对外它提供了与微处理器的物理线路的接口。通过对它的编程， CPU可以设置它的工作方式，控制它的工作状态，进行数据的发送和接收，把应用层建立在它的基础之上。2.2.2芯片SJAl000的概述SJAl000是一种独立的 CAN控制器 ，主要用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。它是 Philips半导体公司 PCA82C200 CAN控制器 (BaslcCAN)的替代产品，而且它增加了一种新的操作模式PeliCAN，这种模式支持具有很多新特性的CAN 20B协议。 SJAl000的基本特性如下： 引脚与 PCA82C200独立CAN控制器兼容。 电气参数与 PCA82C200独立CAN控制器兼容。 具有PCA82C200模式(即默认的 BasicCAN模式)。 有扩展的接收缓冲器 64字节，先进先出 (FIFO)。 支持CAN 20A和CAN 20B协议。 支持11位和29位标识码。 通信位速率可达 1Mbps。 山东建筑大学毕业设计说明书11 24MHz时钟频率。 可与不同的微处理器接口。 可编程的 CAN输出驱动器配置。2.2.3. 控制器主要由下述几部分构成：（1）接口管理逻辑 ：它接收来自微控制器的命令，控制CAN寄存器的寻址，并为微控制器提供中断和状态信息。（2）发送缓存器： 它有10个字节存储单元组成，存储由微控制器写入，将被发送到CAN总线的报文。（3）接收缓存器 0和l：接收缓存器 0和l均由 10个字节组成，交替存储由总线接收到的报文，当一个缓存器被分配给CPU时，位流处理器可以对另一个进行写操作。（4）位流处理器： 它是一个控制发送缓存器和接收缓存器(并行数据 )与CAN总线(串行数据 )之间数据流的序列发送器。它还执行总线上的错误检测、仲裁、填充和错误处理。（5）位定时逻辑： 它将SJA1000同步于 CAN总线上的位流。它是在报文开头，总线传输出现从隐性到显性时同步与CAN总线上的位流（硬同步），并在其后接收一条报文的传输过程中再同步（软同步） 。（6）收发逻辑： 用来控制输出驱动器。（7）错误管理逻辑： 它按照 CAN协议完成错误界定。负责限制传输层模块的错误。他接收来自流处理器的出错报告，然后把有关错误统计并告诉位流处理器和接口管理逻辑。（8）验收滤波器： 把它的内容和接收到的标识码相比较，以决定是否接收下这条报文。在验收测试通过后，这条完整的报文就被保存在接收缓冲器中。2.2.4 CAN 控制器 SJA1000 在系统中的位置 图2.2.2 SJA1000在系统中的位置 山东建筑大学毕业设计说明书122.3 CAN 总线驱动器 82C25082C250是CAN控制器与物理总线之间的接口，它最初是为汽车中的高速应用(达1Mbps)而设计的。器件可以提供对总线的差动发送和接收功能。82C250的主要特性如下： 与IS011898标准完全兼容； 高速率 (最高可达 1Mbps)； 具有抗汽车环境下的瞬间干扰，保护总线能力； 采用斜率控制 (Slope Contro1)，降低射频干扰 (RFI)； 过热保护； 总线与电源及地之间的短路保护； 低电流待机模式； 未上电节点不会干扰总线； 总线至少可连接110 个节点。82C250 引脚描述 表 2.2.1 82C250 引脚描述标 记引 脚功能描述TXDl发送数据输入GND2接地Vcc3电源RXD4接收数据输出Vref5参考电压输出CANL6低电平 CAN 电压输入输出CANH7高电平 CAN 电压输入输出Rs8斜率电阻输人 82C250 内部结构： 图 2.2.3 82C250 内部结构图 对于 CAN 控制器及带有 CAN 总线接口的器件， 82C250 并不是必须使用的器件，因为多数 CAN 控制器均具有配置灵活的收发接口，并允许总线故障，只是驱动山东建筑大学毕业设计说明书13能力一般只允许 2030 个节点连接在一条总线上。而82C250 支持多达 110 个节点，并能以 1Mbps 的速率工作于恶劣电气环境下。利用82C250 还可方便地在CAN 控制器与收发器之间建立光电隔离，以实现总线上各节点间的电气隔离。2.3CAN 总线典型接线图图 2.2.4 CAN 控制接线图CAN 总线典型接线图如下图 2.2.4 所示。微处理器 AT89C52 负责 SJA1000 的初始化，通过控制 SJA1000，实现数据的接收和发送等任务。SJA1000 的 AD0AD7 接到AT89C52 的 P0 口，连接到 AT89C52 的 P2.6，P2.6 为 0 的 CPU 片外存贮器地址可以CS选中 SJA1000，CPU 通过这些地址可对 SJA1000 执行相应的读写操作，SJA1000 的、RD、ALE 分别于 AT89C52 的对应引脚相连，接单片机的，单片机也可通过中WRINTINT0断方式访问 SJA1000。 为了增强 CAN 总线节点的抗干扰能力，SJA1000 的 TX0 和 RX0 并不是直接和82C250 的 TXD 和 RXD 相连，而是通过光耦 6N137 后与 82C250 相连，这样就很好的实现了总线上节点间的电气隔离。应注意到，光耦部分的电路所采用的两个电源 VCC 和VDD 必须完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义。82C250 与 CAN 总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施，82C250 的CAN-H 和 CAN_L 引脚各自通过一个 5 欧姆的电阻与 CAN 总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护 82C250 免受过电流冲击，CAN-H 和 CAN_L 之间并联了两个 20P 的小电容可以起到滤除总线上高频干扰的作用和一定的防电磁辐射的能力。另外，两根 CAN 总线介入端与地之间分别反接了一个保护二极管，当 CAN 总线有较高的负电压时，通过二极管的短路可以起到一定的过电压保护作用。3 基于CAN总线的楼宇智能照明控制系统硬件设计山东建筑大学毕业设计说明书143.1.1 智能照明控制总体结构： 智能照明控制系统是一个分布式控制结构，它由 CAN 控制器、控制面板、智能继电器、智能调光器、智能探测器和上位机组成。各部件通过 CAN 总线连接起来，形成一种事件驱动式系统网络，系统中每个功能都独立的储存于相应的功能模块中，各功能模块相互独立，互补影响。若某个功能模块出现故障，只是与该模块相应的功能失效，而不影响网络其他模块的正常运行，从而保证了系统具有高可靠性。智能照明控制系统结构：CAN总线上位机主控器智能继电器调光器探测器控制面板继电器单元照度探测动静探测遥控器时钟管理器打印机荧光灯图3.1.1 照明总体结构图3.1.2 智能照明控制系统各单元拓扑结构：（1）控制面板和继电器绑定，控制面板发出的信号可以直接控制相应继电器吸合，控制照明回路的通断。（2）控制面板和调光器绑定，调光器根据控制面板发出的命令，执行调光任务。继电器采集的电压、电流信号同时传给控制器、调光器。调光器根据负载电流状况，决定是否进行调光。（3）探测器有两路输出信号：照度信号和动静信号。照度信号同时传给调光器、控山东建筑大学毕业设计说明书15制器。调光器和探测器的配合，实现了恒照度控制。动静信号传给继电器，继电器分析判断后，将动静探测区的灯点亮。（4）控制器也可以对探测器、调光器发出控制命令，并且此控制命令的优先级高于控制面板的命令。控制器同时接收无线遥控信号，将控制命令下达给调光器和继电器。（5）上位机通过控制器，接收现场单元的运行状态，并对现场单元的参数进行配置。3.1.3 照明控制系统网络参数配置CAN技术规范包括 CAN 20A和CAN 20B两个部分，独立 CAN控制器SJAl000兼容 CAN 2.0A和CAN 2.0B两种规范。 CAN 2.0B具有两种不同的帧格式：标准帧和扩展帧，前者为11位标识符，后者为 29位标识符。考虑到本系统单元相对较少，本文采用了标准帧格式。在大型照明控制系统中，为灵活组网、方便扩充，可以考虑采用扩展帧格式。从图3.1.1的照明控制系统结构框图中已经了解到，构成系统网络的主要设备包括控制器、控制面板、继电器、调光器、探测器等。 由于确定采用标准帧进行通信，那么这些网络设备的标识符如何分配，验收屏蔽寄存器(AMR)和验收码寄存器(ACR)等参数如何设置将是系统组网的关键之一。结合系统功能单元拓扑关系，系统网络设备的参数配置图如图3.1.2所示。在参数配置中，重点考虑的一个方面是 11位标识符的分配，因为标识符是惟一标识该网络设备的类型和在网络中位置的识别码。主控器智能继电器调光器探测器控制面板AMR: 1110 1111 111BACR: 0001 0000 000B ID: 0001 0000 000BAMR:1110 0000 000BACR:0001 1000 000B ID:0001 1010 000BAMR:1110 0011 111BACR:0001 1001 001B ID:0001 1001 001BAMR:1110 1100 111BACR:0001 1110 000B ID:0001 1110 000BAMR:0110 0000 111BACR:0001 1010 010B ID:0001 1010 010B山东建筑大学毕业设计说明书16图3.1.2 网络设备参数配置图 AMR与ACR的配置是与该设备的 ID相配合的。在本系统中，所有设备均采用标准帧的单滤波方式。 表 3.1.1 网络设备参数配置表 续表 3.1.1 3.1.4 参数配置解释： 控制面板在发送报文时，将自身配置的ID标识：0001 0000 000B装在报文仲裁场中。则这帧报文可同时被控制器、继电器、调光器接收。原因是，控制器单元只关心ID.25,控控制器单元AMR 1110 1111 111BACR 0001 0000 000BID ID.28ID.18 : 0001 0000 000B单滤波关心位 1 控制面板单元AMR1110 0010 000BACR 0001 1010 000BID ID.28ID.18 : 0001 1010 000B单滤波关心位 1 100 000继电器单元AMR1110 0011 111BACR 0001 1010 001BIDID.28ID.18 : 0001 1010 001B单滤波关心位 1 10 调光器单元AMR1110 1100 111BACR 0001 1110 000BID ID.28ID.18 : 0001 1110 000B单滤波关心位 1 10 探测器单元AMR0110 0000 000BACR 0001 1010 010BID ID.28ID.18 : 0001 1010 010B单滤波关心位 01 1010 010山东建筑大学毕业设计说明书17制面板发出的报文ID:0001 1010 000B,控制器单元ACR: 0001 0000 000B 、AMR: 1110 1111 111B 报文ID.25与控制器ACR相应位对应一致，报文被接收。 继电器AMR: 1110 0011 111B ACR: 0001 1010 001 。继电器单元报文接收时，只关心ID.25 、ID.24、 ID.23。而控制面板发送的报文，ID.25 、ID.24、 ID.23与继电器单元的ACR对应相同，报文被接收。控制面板发送的报文，调光器也能被接收，也是这个原理。 同理， 探测器发送的报文，调光器、继电器、控制器可以同时接收到。继电器发出的报文调光器、控制器可以同时接收。 由于各个单元的 ID都不同，所以并不会使控制器与各单元的通信工作产生混乱。3.2 控制器单元设计控制器是整个照明系统的控制中心，它负责综合管理整个控制系统，通过CAN总线网络采集其他网络节点的运行状态信息数据，分析处理后，下达必要的控制指令给智能继电器、智能调光器、控制面板等其他网络节点。同时，它通过RS232把网络中的所有数据送给PC机的数据库存储，给上位机提供实时在线的现场数据，实现集中管理的目的。它具有时钟管理、远程控制、CAN总线通讯、以及与上位机通信功能。控制器整体结构图：图3.2.1 控制器单元结构图3.2.1 时钟管理： 时钟管理采用 DS12887 芯片实现。它用于一周或一年内复杂照明事件和任务的时序设定，可对办公室、走廊、景观照明等具有周期性控制特点的场所实施时序控制。DS12887 是美国达拉斯半导体公司推出的时钟芯片，采用 CMOS 技术集成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集成于芯片内部。 同时它与目前 IBM AT 计算机山东建筑大学毕业设计说明书18常用的时钟芯片 MC146818B 和 DS1287 管脚兼容，可直接替换。采用 DSI2887 芯片设计的时钟电路勿需任何外围电路并具有良好的微机接口。DSl2887 芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合。（1）其主要功能如下：内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。计秒、分、时、天、星期、日、月、年并有闰年补偿功能。二进制数码或 BCD 码表示时间、日历和定闹。12 小时或 24 小时制，12 小时时钟模式带有 PM 和 AM 指导，有夏令时功能MOTOROLA 和 INTEI 总线时序选择。有 128 个 RAM 单元与软件接口，其中 4 个作为字节时钟和控制寄存器，114 字节为通用 RAM所有 RAM 单元数据都具有掉电保护功能。可编程方波输出。中断信号输出线（IRQ）和总线兼容，定闹中断、周期性中断、时钟更新周期中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。（2）引脚描述VCC：直流电源+5V 电压。当 5V 电压在正常范围内时，数据可读写；当 VCC 低于 425V读写被禁止，计时功能仍继续；当 VCC 下降到 3V 以下时，RAM 和计时器被切换到内部锂电池。MOT：模式选择)：MOT 管脚接到 VCC 时，选择 MOTOROLA 时序，当接到 GND 时，选择 INTEL 时序 图 3.2.2 DS12887 引脚图SQW方渡信号输出：SQW管脚能从实时时钟内部l5级分频器的13个抽头中选 其输出频率可通过对寄存器A编程改变。ADOAD7(双向地址数据复用线)： 总线接口,可与 MOTOROLA 微机系列和 INTEL微机系列接口 。AS(地址选通输入)：用于实现信号分离，在 ADALE 的下降沿把地址锁入 DS12887。DS(数据选通或读输入)：DS管脚有两种操作模式，取决于 MOT 管脚的电平，当RD使用 MOTOROLA 时序时，DS 是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通；在山东建筑大学毕业设计说明书19读周期，DS 指示 DS12887 驱动双向总线的时刻，在写周期，DS 的后沿使 DS12887 锁存写数据。选择 INTEL 时序时，DS 称作()与典型存贮器的允许信号(OE)的定义相RDRD同。 (读写输入)：管脚也有两种操作模式。选 MOTOROLA 时序时，是一WR/WR/WR/电平信号，指示当前周期是读或写周期，DS 为高电平时，高电平指示读周期，WR/低电平指示写周期；选 INTEL 时序，信号是一低电平信号，称为 WR。在此模WR/WR/式下，管脚与通用 RAM 的写允许信号()的含义相同。WR/WE (片选输入)：在访问 DS12887 的总线周期内，片选信号必须保持为低。CS (中断申请输入)：低电平有，可作微处理的中断输入。没有中断条件满足时，IRQ处于高阻态。线是漏极开路输入，要求外接上接电阻。IRQIRQ (复位输出)：当该脚保持低电平时间大于 200ms,保证 DS12887 有效复位RESET(3) DS12887 内部结构如图 3.2.3 所示：图3.2.3 DS12887内部结构图（3）DS12887 状态控制寄存器： DS12887 有四个状态控制寄存器，它们在任何时间都可以被访问。通过对寄存器 A、B写入相应的控制字实现 ，用以规定时间、日历和闹钟采用何种数据格式，采用 24h 制还是 12h 制 ，是否允许采用夏令时制式 ，是否允许保持时钟正常运行 ，是否允许芯片的山东建筑大学毕业设计说明书20正常更新 ，是否允许周期中断、闹钟中断和更新结束中断 ，是否允许输出方波信号 ，选择哪种周期中断频率和方波信号等 。通过给秒、分钟 、时闹钟单元写入相应数据 以规定起 闹时间；通过给秒、分钟、小时、星期 、日期、月份、年单元写入相应数据 以设置实际初始时间。图3.2.4 DS12887寄存器地址分布图寄存器 A： 表 3.2.1 寄存器 A 控制字格式UIP：更新周期正在进行位。当 UIP 为 1 时更新转换将很快发生，当 U1P 为 0更新转换至少在 244us 内不会发生。DV0，DV1DV2：用于开关晶振和复位分频器。这些位的 010 唯一组合将打开晶振并开始时钟计时。RS3，RS2，RS1RS0：频率选择位，从 1 级频率器 13 个抽头中选一个或禁止分频器输入，选择好的抽头用于产生方波(SQW 管脚)输出和周期中断用户可以：用 PIE 位允许中断用 SQWE 位允许 SQW 输出山东建筑大学毕业设计说明书21二者同时允许并用相同的频率都不允许寄存器 B： 表 3.2.2 寄存器 B 控制字格式SET：SET 为 0，时间更新正常进行，每秒计数走时一次，当 SET 位写入 1，时间更新被禁止。PIE：周期中断允许位PIE 为 1，则允许以选定的频率拉低 IRQ 管脚，产生中断；PIE为 0，则禁止中断。AIE：定闹中断允许位，PIE 为 1，允许中断；否则禁止中断。SQWE 方波允许位，置 1 时，选定频率方波从 SQW 脚输出；为 0 时，SQW 脚为低。DM：数据模式位，DM 为 1 表明为二进制数据，而 0 表明是 BCD 码的数据。2412：小时格式位，1 表明 24 小时模式，而 0 表明 12 小时模式。DSE：夏令时允许位，当 DSE 置 1 时允许两个特殊