基于CAN總線的教室燈光智能控制系統(tǒng)的研究

李冉　齊向東

[摘要]本文提出了一種基于CAN總線的教室燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，結(jié)合光線傳感器和人體紅外傳感器設(shè)計了現(xiàn)場智能節(jié)點。能夠有效地避免高等學(xué)校的教室內(nèi)燈光長期處于開燈狀態(tài)。該系統(tǒng)不僅能夠在很大程度上節(jié)約了電能，還能為學(xué)校減輕經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；同時也將計算機(jī)技術(shù)和自動化技術(shù)運(yùn)用到實際，，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，高可靠性，自動化程度高等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]CAN總線教室燈光智能控制組態(tài)技術(shù)節(jié)約能源

[中圖分類號]TE08 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0014-02

CAN總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有高可靠性、成本低、配置靈活、數(shù)據(jù)傳輸速度快等優(yōu)點，已經(jīng)成為最為廣泛流行的總線技術(shù)之一。

目前大部分高校教室的燈光控制都處于無人管理的狀態(tài)，從早晨第一節(jié)課開始，教室的燈光就被打開，一直開到晚上管理人員進(jìn)行巡查的時候，甚至在陽光充足的晴天也會一直處于打開的狀態(tài)，這無形之中就浪費了許多電能，為學(xué)校造成了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。本文提出了一種將CAN總線技術(shù)應(yīng)用到教室燈光智能控制系統(tǒng)中的新技術(shù)，結(jié)合光敏傳感器和人體紅外傳感器，對教室燈光進(jìn)行了智能控制，在光照度大于一定閾值時，燈都處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)光照度小于一定閾值時，根據(jù)教室人員分布情況，有人的區(qū)域燈光被打開，無人區(qū)域燈光關(guān)閉。

1、基于CAN總線的教室燈光智能控制系統(tǒng)的基本原理

（圖1）該系統(tǒng)由上位機(jī)、CAN適配器、各個節(jié)點組成。每個節(jié)點之間通過CAN，總線進(jìn)行通信。上位機(jī)的作用是監(jiān)視和控制。由燈光控制繼電器和傳感器以及相關(guān)電路構(gòu)成的各個現(xiàn)場智能節(jié)點既是整個系統(tǒng)的執(zhí)行元件，又是檢測元件。

將教室分為A、B、C、D 4個區(qū)域，每個區(qū)域都安裝有由光線傳感器和人體紅外傳感器組成的現(xiàn)場控制節(jié)點。當(dāng)教室內(nèi)某個區(qū)域內(nèi)有人，并且照度值低于3001X時，則打開對應(yīng)區(qū)域的燈；當(dāng)教室內(nèi)某區(qū)域的照度值高于3001X時，不論該區(qū)域是否有人都不打開該區(qū)域的燈；當(dāng)教室內(nèi)某個區(qū)域沒有人時，無論該區(qū)域照度值是多少都不打開該區(qū)域的燈，即光照下限值設(shè)定在300/X。但是從成本上考慮，本系統(tǒng)光探測模塊采用的是光敏電阻，而光敏電阻在不同照度下的阻值有一定的離散性，在設(shè)計時精確地將閾值設(shè)置在3001X有很大難度，因此本設(shè)計采取模糊設(shè)置，盡量使閾值接近3001X。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，可以選擇手動模式進(jìn)行控制。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制節(jié)點按照功能可以分為不同的類型，但是基本結(jié)構(gòu)是大體相同的。控制節(jié)點的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要由處理器、CAN總線控制器和收發(fā)器構(gòu)成。對于每個控制節(jié)點，首先是通過做處理器讀取外部設(shè)備、傳感器和處理人機(jī)接口的檢測與控制信號，并對該信號進(jìn)行局部控制調(diào)節(jié)，執(zhí)行具體的計算及信息處理等應(yīng)用功能；同時通過CAN總線控制與其他控制節(jié)點或者功能模塊進(jìn)行通信。

（圖3）SAJ1000是一個獨立的CAN控制器，它在汽車和普通的工業(yè)應(yīng)用上有先進(jìn)的特性。它將會替代PCA82C200，特別適合于電子模塊、傳感器、制動器的連接和通用工業(yè)應(yīng)用中。SJA1000在軟件和引腳上都是與它的前一款PCA82C200獨立控制器兼容的。在此基礎(chǔ)上增加了很多新的功能。為了實現(xiàn)軟件兼容，SJA1000有兩種不同的操作模式。

1）Basic CAN模式：好PCA82C200兼容模式，與PCA82C200獨立CAN控制器引腳電氣均兼容。

2）Peli CAN模式：是擴(kuò)展特性操作的新模式，它能夠處理所有的CAN2.OB定義的幀類型，而且還能夠提供一些增強(qiáng)功能使SJA1000能夠應(yīng)用于更寬的領(lǐng)域。

82C250是CAN控制器和物理總線之間不可或缺的接口器件，也成為總線驅(qū)動器。PCA82C250是CAN控制器和物理總線之間的接口，能夠提供向總線的差動發(fā)送能力和cAN控制器的差動接收能力，與ISO/DIS11898保準(zhǔn)完全兼容82C250的功能框圖如（圖4）所示：

串行接口電路采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口芯片MAX202，使用該接口可以使節(jié)點在無需網(wǎng)絡(luò)連接的情況下也可以進(jìn)行節(jié)點之間互連關(guān)系的上傳和下載，同時也可以當(dāng)作調(diào)試的接口。8位撥碼開關(guān)用于設(shè)定節(jié)點的邏輯地址，各個節(jié)點就是根據(jù)這個邏輯點知進(jìn)行相互識別。

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計

（圖5）在系統(tǒng)初始化之后，程序循環(huán)查詢傳感器接口、串口和CAN接口。當(dāng)檢測到傳感器有信號時，程序在打開相應(yīng)區(qū)域的燈光同時也通過CAN總線向其他節(jié)點發(fā)送該傳感器的信息。其余的控制節(jié)點一旦受到該信息就會根據(jù)控制方案，打開與該傳感器相關(guān)聯(lián)的其他區(qū)域的燈光。同時上位機(jī)檢測界面也會顯示該區(qū)域的燈光打開。

4、監(jiān)控界面的建立

本文采用了北京昆侖通態(tài)的MCGS組態(tài)軟件，建立的監(jiān)控界面如（圖6）：

界面上顯示了教室的樓號和教室號和教室內(nèi)的4個區(qū)域的燈光指示燈；同時也包括了教室內(nèi)的光照強(qiáng)度和時間顯示。手動開關(guān)是為了防止出現(xiàn)意外情況的時候燈光不能及時打開。搭配教室現(xiàn)有的視頻監(jiān)視設(shè)備，能夠及時的觀察到教室燈光的使用情況。

5 結(jié)束語

本文中設(shè)計的教室燈光智能控制系統(tǒng)，能夠有效的防止教室燈光處于長期無人管理的局面，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定上限值時，各個燈光繼電器不動作，燈光處于關(guān)閉狀態(tài)。能夠有效地較少工作人員的工作量，并且提高了自動化水平。

參考文獻(xiàn)

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