毕业设计（论文）-楼宇智能照明控制系统.doc

本科毕业设计说明书 全套设计加扣 3012250582 题 目： 楼宇智能照明控制系统 院 （部）： 信息与电气工程学院 专 业： 电气工程与自动化 班 级： 电本075 姓 名： 学 号： 山东建筑大学毕业设计说明书 II 指导教师： 完成日期： 2011年6月10日 山东建筑大学毕业设计说明书 I 目 录 摘 要.III ABSTRACTABSTRACT.V 1 绪 论 1.1 引言 .1 1.2 课题研究意义 .1 1.3 国内外发展现状 .2 1.4 文章结构 .3 2 CAN 总线技术 2.1 CAN 总线技术规范.4 2.1.1 CAN 性能特点 .4 2.1.2 CAN 通信协议 .4 2.1.3 报文传送及其帧结构.5 2.2 CAN 控制器 SJA1000 .9 2.2.1 SJA1000 在网络中的作用： .9 2.2.2芯片SJA1000 基本特性.9 2.2.3 控制器 SJA1000 构成 .10 2.3 CAN 总线驱动器 82C250 .10 2.4 CAN 总线典型接线图 .11 3 基于 CAN 总线的楼宇智能照明控制系统硬件设计 3.1.1 智能照明控制系统总体结构.14 3.1.2 智能照明控制系统拓扑结构 .14 3.1.3 照明控制系统网络参数配置.15 3.1.4 参数配置解析 .16 3.2 控制器单元设计 .17 3.2.1 时钟管理 .17 3.2.2 无线遥控发射、接收电路设计.21 3.2.3 控制器与上位机通信 .26 山东建筑大学毕业设计说明书 II 3.2.4 看门狗电路 .27 3.3 控制面板单元设计 .28 33.1 控制面板结构图 .29 3.3.2 按键电路设计：.29 3.3.3 E2PROM 24C08 .30 3.4 调光器 .30 3.4.1 调光器硬件电路设计.31 3.4.2 EMI 滤波部分 .31 3.4.3 PFC 校正部分： .32 3.4.3 可调光电子镇流器 IR2159 .34 3.4.4 调光接口设计：.39 3.4.5 采用模拟光耦设计的调节电路 .41 3.5 智能继电器硬件设计 .43 3.5.1 智能继电器原理.43 3.5.2 电压检测电路设计.43 3.5.3 电流检测电路设计.44 3.5.4 A/D 转换芯片 TLC2543 .44 3.5.5 继电器驱动接口电路设计 .45 3.6 探测器单元 .46 3.6.1 探测器硬件原理图：.46 3.6.2 动静探测电路设计.46 3.6.3 照度传感器：.49 4 楼宇智能照明控制系统的软件设计 4.1 软件编程思想 .56 4.2 探测器单元软件设计 .56 4.2.1 采样时间 T 确定.57 4.2.2 探测器程序框图.57 4.3 调光器单元软件设计 .58 山东建筑大学毕业设计说明书 III 4.4 继电器单元软件设计 .62 4.5 控制面板单元软件设计 .63 4.6 控制器单元软件设计 .64 总结与展望.67 致 谢.68 参考文献.69 附 录.71 山东建筑大学毕业设计说明书 IV 摘 要 智能照明利用电子技术、通信技术和计算机网络技术将建筑物内的各种照明器具有机 的连接在一起，实施有效的管理和控制。它不仅是实现照明艺术性和舒适性的有效手段， 而且迎合绿色照明的发展方向，是节约能源的有效措施，其发展前景广阔。 现场总线是连接现场设备和自动化系统的通信网络，具有全数字信号传输、控制功能 分散、开放等优点。根据照明设备多样性、分散性等特点，结合现场总线在控制系统底层 的优势，提出了基于CAN总线的智能照明控制系统设计方案。 采用89C51单片机设计了智能继电器、智能调光器、控制面板、探测器、控制器等 CAN节点，实现了基于CAN总线的智能照明控制系统的硬件设计。在调光器单元中，设 计了基于可调光电子镇流器IR2159的调光电路。在探测器单元中，采用分立元件设计了照 度检测电路、动静检测电路，为提高照度控制精度，同时给出了采用可见光传感器的照度 检测电路。 完成了基于CAN总线的智能照明控制系统的软件设计，实现继电器、控制面板、探测 器、调光器、控制器的通信与控制功能。 关键词： 智能照明；CAN 总线；可调光电子镇流器 山东建筑大学毕业设计说明书 V Design of the Intelligent Illumination Control System ABSTRACT Illumination makes good uses of the technology of electronic, communication and computer network and combines different lighting implements to get different control and management. It is not only the efficient realizable methods of aesthetical and comfortable light, but also accordance with the “Green Illumination” and its direction of development is an approval of saving energy, So that it has a promising brilliant prospect. Field-bus, a communication network for connecting equipments in field and automation system, has lots of prominent features such as totally digital transmission, distributed control function, opening system. According to the various equipment of illumination distributed seperately, concerned the advantages of Field-bus in layer of field equipments, the dissertation prsented a scheme to realize the intelligent illumination control system based on CAN-bus. 89c51 series single-chips were choosed to design different of CAN conjunctions, such as intelligent delay, intelligent adjustment of lighting, control panel, detector, controller,etc, which realized the hardware of illumination system. The intelligent adjustment of lighting is designed based on the dimming ballast control IC IR2159. In the detector unit, the dissertation discussed the design of illumination test circuit and the detection circuit based on discrete component. In order to improve the control precision ,the dissertation also discussed another illumination test circuit based on the visible light sensor . The control functions and communication functions of the intelligent delay, intelligent adjustment of lighting, control panel, detector, controller realized by software design of the illumination control system. Key Words: Intelligent illumination ; CAN-bus ; Dimming ballast 山东建筑大学毕业设计说明书 1 1 绪 论 1.1 引言 随着我国经济的发展，人们对照明的需求也越来越高，从最初提供亮度的基本功能到 现在多方面的需求：除了提供适宜的环境亮度以外，还要营造优雅舒适的氛围。用户方要 求控制方式灵活方便，能实现按需配置，同时实现节能、降低运行费用；施工方要求安装 简单、维护方便；设计方要求系统能提供满足用户多样性要求的各种技术手段。需求的变 化导致控制方式的改进：从传统的机械式开关演变为现在综合计算机网络技术、通信技术、 电子技术的智能照明系统12。 1.2 课题的研究意义 （1）创造有效率的照明环境、实现节约能源的功能 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。 (2) 延长光源寿命 过高的电网电压会使灯具的寿命大大降低，因此，有效地抑制电网电压的波动可以延长 光源的寿命。智能照明控制系统可以成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，使灯具不会 因上述原因损坏。同时系统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。从而减少更换灯具的工作量，降低照明系统的运行费用。 通过上述方法，光源的寿命通常可延长 24 倍3。 (3)改善电网质量 传统的荧光灯及各种高强度气体放电灯的镇流器功率因数低、谐波含量高，对电网质 量影响极大。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。 (4)提高照明质量 一般照明设计师对新建的建筑物进行照明设计时，均会考虑到随着时间的推移，灯具效 率和房间墙面反射率会不断衰减，因此，其初始照度均设置得较高，这种设计不仅造成建 筑物使用期(或两次装饰的间隔期)的照度不一致，而且由于照度偏高造成不必要的能源浪 费。采用智能照明控制后，虽然照度还是偏高设计，但由于可以智能调光，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 山东建筑大学毕业设计说明书 2 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。 (5)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，使照明管理 和设备维护变得更加简单。 (6)有较高的经济回报率 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 国内外发展现状 所谓智能照明控制，就是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室内外亮度或该区 域的用途来自动控制照明设备，能够实现集中统一管理与监控的功能，并结合现代照明技 术，照明艺术，科学的管理照明设备，让人们在一个不仅在照明技术参数指标方面应达到 标准的要求，而且舒适、明亮并富有艺术魅力的照明环境里工作和生活。智能照明控制是 楼宇自动化系统的一个子系统，可以不再依赖于楼宇设备自动管理系统而独立运行。它不 仅可以实现开关控制和调光控制，还可以预设许多灯光场景，根据时间、场所的功能、室 内外照度自动调整场景2。 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。其产品的智能化特点主要表现在以下几方面: 突破了传统的一灯一开关的思维，实现了根据场景对组合灯光进行调节和控制的功 山东建筑大学毕业设计说明书 3 能; 实现了个性化设定:可以设定“看电视”、 “会客”、 “晚餐”、 “离家”等灯光场景，只需轻轻 一按，即可实现预设灯光效果; 开关方式可选择电脑、遥控器、轻触式按键开关、红外线自动感应开关等方式对照 明情景进行一对一、一对多、多对一的灵活控制; 具有系统灯具的无级亮度调节和自动延时功能，极大地丰富了照明情景的配置效果; 停电状态的记忆功能和开关状态的锁定功能，使系统使用更加安全可靠; 防盗功能:可以设置灯或其他家用电器定时地间断地开启，营造家中有人的效果，达 到自动防盗的功能。 中国的智能照明行业虽然起步较晚， 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，国内智能照明厂家和商家如雨后春笋般迅速发展，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6。 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67。 1.4 文章结构 （1）第一章阐述智能照明的研究意义、国内外发展现状及趋势。 （2）第二章介绍了 CAN 总线技术规范、 （3）第三章重点研究系统网络参数的配置、完成系统硬件单元设计。 （4）第四章介绍系统各单元软件编制工作。 （5）第五章总结本文工作，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 4 2 CAN 总线技术 2.1 CAN 总线技术规范8910 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 8。 山东建筑大学毕业设计说明书 5 根据ISOOSI参考模型， CAN被细分为以下不同的层次： （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 。 2.1.3.1 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 山东建筑大学毕业设计说明书 6 么是显性，要么是隐性。 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。 2.1.3.2 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。 2.1.3.3. 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 山东建筑大学毕业设计说明书 7 图2.1.1 数据帧组成图 帧起始 (SOF) 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 RTR IDE R0 SRR 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 DLC SRR IDE RTR R1 SOF R0 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CRC IDE /R1 r0DLC3 DLC2 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。 山东建筑大学毕业设计说明书 8 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场 CRC序列 CRC界 定符 ACK场 图2.1.5 CRC场组成图 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、 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 。 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。 山东建筑大学毕业设计说明书 9 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 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SJAl000 2.2.1 SJA1000在网络中的作用： 图2.2.1 SJA1000引脚图 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 . 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基本特性 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。 山东建筑大学毕业设计说明书 10 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。 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 SJA1000 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。 2.3 CAN 总线驱动器 82C250 82C250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)； 采用斜率控制 (Slope Contro1)，降低射频干扰 (RFI)； 过热保护； 山东建筑大学毕业设计说明书 11 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 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 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。 双绞线并不是 CAN总线的唯一传输介质。利用光电转换接口器件及星形光纤耦 合器，可建立光纤介质的 CAN总线通信系统。此时，光纤中有光表示显位，无光表 示隐位。 2.4 CAN 总线典型接线图： （1） 微处理器 89C51 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 89C51 的 P0 口，连接到 89C51 的CS P2.0，P2.0 为 0 的 CPU 片外存贮器地址可以选中 SJA1000，CPU 通过这些地址可对 SJA1000 执行相应的读写操作，SJA1000 的、ALE 分别于 C51 的对应引脚相连，RDWR 接单片机的，单片机也可通过中断方式访问 SJA1000。INTINT0 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 山东建筑大学毕业设计说明书 12 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 30P 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。 图2.2.4 CAN总线典型接线图 （2）本文在此基础上，又设计了另一种 CAN 总线的电气保护措施。 各种电磁干扰对物理链路及数据链路的正常工作都有严重的影响。这些对控制系统是 极大的威胁，非常容易导致系统瘫痪。为了最大程度地保证网络系统正常工作，采取了以 下措施： 在总线上增加保护器件。当发生雷击或其他强烈干扰时，巨大的能量如果来不及泄放， 就会损坏收发器。为了防止干扰对收发器的损坏，增加了防雷管和 TVS 作总线保护。当 受到雷击时，并接在总线上的防雷管能将能量泄放掉。但是一般情况下，防雷管的反应速 度慢，钳位电压高(约为 800 V)，因此本设计中，在防雷管后增加了 TVS 和 PTC 电阻。 TVS 能够将总线的压差钳制在 6.8 V 以下，这样当受到干扰时，TVS 能较快地起到保护 作用；而 PTC 电阻能保护收发器免受过流的冲击。在 CAN_H 和 CAN_L 与地之间各自接 一个 30pF 的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和防电磁辐射的作用。 山东建筑大学毕业设计说明书 13 电气保护原理如图所示: 图2.2.5 CAN总线电气保护图 山东建筑大学毕业设计说明书 14 3 基于CAN总线的楼宇智能照明控制系统硬件设计 3.1.1 智能照明控制总体结构11： 智能照明控制系统是一个分布式控制结构，它由控制器、控制面板、智能继电器、调 光器、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 智能照明总体结构图 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9 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