发布时间 : 星期六 文章智能照明控制系统设计论文更新完毕开始阅读f091ee4dcf84b9d528ea7a8a
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。近几年，我国高层建筑迅猛发展，这种智能型照明控制系统也已悄然进入了我国建筑行业。目前，上海金茂大厦，山东世界贸易中心等建筑已应用了这种智能型照明控制系统。
1.3.2目前项目的发展趋势
本世纪80 年代以来, 随着计算机技术和网络技术的发展, 带来了信息科学技术的革命, 尤其是信息高速公路热引发了一场新的革命, 使人们突破了时间、空间及计算技术的束缚, 实现了多个对象间的直接信息交流。信息成为社会经济、科技等赖以发展的一项重要资源, 信息化成为一个城市现代化程度的最高标志之一。在国内一些经济发达的大城市如上海、深圳、大连等, 纷纷开展自己的信息化建设, 建立起集语言、数据、视频图像为一体的多媒体宽带综合业务数字网, 并将光纤入户作为远期目标, 故纷纷要求各建筑物或建筑群应建立交换间, 进行电话、数据、电视信息分配, 并规定今后新建灭火系统, 大楼一律采用综合布线系统, 以避免重建或多次反复布线设计与施工。在这种趋势下照明控制系统也越来越趋向于智能化。现场总线技术被广泛应用到照明系统中，其控制的系统结构也越来越多样化，从最早的集中式，集散式向分散式发展，各控制单元的工作独立性不断提高，系统的可靠性和经济性也不断提高。无线传感网络近几年也被应用到该领域，实现无线控制。 1.4主要研究内容
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； 3）研究智能照明的控制方法和节能技术；
4）设计基于嵌入式系统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)设计并开发基于无线传感器网络的硬件系统； 6)设计系统的网络架构。
2 基于CAN总线的系统结构
智能照明系统一般由传感器(如光线感应器、面板开关等)、执行器(如调光电子镇流器)、网络通讯单元(路由器、中继器等)以及辅助单元(如电源)等组成，遵循统一的网络协议，借助各种不同的“预设置”控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光亮度进行精确设置和合理管理。此外智能照明系统中还可对荧光灯进行调光控制，由于荧光灯采用了有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提高了功率因数，降低了低压无功损耗。因此，在灯具制造工艺相同水平的情况下，在建筑物中采用智能照明系统不仅能操作简单，管理维护方便，还可以满足工作/生活多样性需求，并且可以有效地达到节能的目的。
本系统主要可以划分为硬件设计部分和软件设计部分。其中硬件设计部分有：CAN接口控制器模块，控制面板（键盘和显示）模块，智能继电器模块，传感器模块，调光模块，远程控制模块。 2.1 CAN技术简介
CAN（Control Area Networker）即控制器区域网，是主要用于各种设备检测及控制的一种网络。CAN最初是由德国Bosch公司为汽车的检测、控制系统而设计的。由于CAN具有独特的设计思想，良好的功能特性和极高的可靠性，现场抗干扰能力强。由于CAN总线具有以上的一些特点，为工业控制系统中高可靠性的数据传送提供了一种新的解决方案。其在国外工业控制领域已经有了广泛的应用，现国内的许多工业控制领域也开始基于CAN的现场控制总线。CAN总线已成为最有发展前途的现场总线之一。
CAN的技术特征：
(1)数据信号采用差分电压传输,两条信号线“CAN_H”和“CAN_L”,它们在静态均2.5V,此时为逻辑状态“1”,也称作“隐性”；“CAN_H”比“CAN_L”高,一般为CAN_H=3.5V、CAN_L=1.5V,表示逻辑“0”,称为“显性”。
(2)CAN总线传输介质可用双绞线、同铀电线或光纤,具有较强的抗干扰能力,同时可满足本安防爆要求等。直接通信距离最大可达l0km(速率小于5kbps),最高通信速率可达1Mbps(此时距离最长为40m)。
(3)CAN可以以多主方式工作,网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息,而不分主从,通信方式灵活。
(4)CAN可以点对点、点对多点及全局广播方式传送接收数据。
(5)CAN网络上的节点信息可分成不同的优先级,可以满足不同的实时要求。 (6)CAN采用非破坏性总线仲裁技术。
(7)CAN采用短帧结构,每一帧为8个字节,保证了数据出错率极低。数据帧从一个发送节点传送数据以一个或多个接收节点,一个数据帧由七个不同的位场组成:帧起始、仲裁场、控制场、循环冗余校验(CRC)场、应答场、帧结束。它被公认为最有发展前途的现场总线之一。
(8)CAN总线有一个公开的、全世界都遵从的国际标准,因而具有很好的开放性。CAN系统具有很好的数据兼容性。 2.2基于CAN总线的控制系统网络拓扑结构
网络拓扑结构设计是构建计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络的性能、可靠性和通信费用等都有很大影响。网络拓扑结构按照几何图形形状可分为4种类型:总线拓扑、环形拓扑、星型拓扑和网状拓扑，这些形状也可以混合构成混合拓扑结构。按照CAN总线协议，CAN总线可以是任意拓扑结构的，但一般来说，CAN总线主要有总线拓扑、环形拓扑、星型拓扑和网状拓扑这4种常见的拓扑结构。
在该系统的设计中我们采用总线式结构,总线拓扑结构是单根电缆组成，该电缆连接网络中所有节点。单根电缆称为总线，它仅仅只能支持一个通道，所有节点共享总线的全部带宽。在总线网络中，当一个节点向另外一个节点发送数据时，所有节点都将侦听数据，只有目标节点接收并处理发给它的数据后，
其他节点才能忽略该数据。基于总线拓扑结构的网络很容易实现，且组建成本低，但其拓展性较差。当网络中节点增加时，网络性能将下降。此外，总线网络的容错能力较差，总线上的某个中断或故障将会影响整个网络的数据传输。因此，很少CAN总线网络采用一个单纯的总线拓扑结构的。 2.3 CAN总线系统的通信方式
CAN总线系统根据节点的不同，可以采取不同的通信方式以适应不同的工作环境和效率。它可以分为多主式(Multi一masetr)结构和主从式 (Infra-structure)结构两种。 (1)多主式结构
网络上任意节点均可以在任意时刻主动地向网络上地其他节点发送信息，而不分主从，不需占地址节点信息，通信方式灵活。在这种工作方式下，CAN网络支持点对点、一点对多点和全局广播方式接收、发送数据。为避免总线冲突，CAN总线采用非破坏性总线仲裁技术，根据需要将各个节点设定为不同的优先级，并以标识符(ID)标定，其值越小，优先级越高，在发生冲突的情况下，优先级低的节点会主动停止发送，从而解决了总线冲突的问题。这是CAN总线的基本协议所支持的工作方式，无需上层协议的支持。 (2)主从式结构
CAN总线在主从式通信方式下工作时，其网络各节点的功能是区分的，节点间无法像多主式结构那样进行平等的点对点信息发送。在主从式结构系统的通信方式下，整个系统的通信活动要依靠主站中的调度器来安排。如果系统调度策略设计不当，系统的实时性、可靠性就会很差，而且容易引起瓶颈向题，妨碍正常有效的通信。所以采取主从式结构的网络都需要采取必要的措施去解决瓶颈问题。目前的CAN网络一般采用多主式和主从式结合的结构，这种结构比较灵活又具有较高的实时性和可靠性。
在该系统的设计中我们将这两种通信方式综合起来使用,来方便控制各个节点的工作,并适时的接受各节点传送的数据。 2.4 CAN总线的分层结构
CAN总线遵循IS0/0SI标准模型，分为数据链路层和物理链路层。 （1） 数据链路层