怎样设计一个基于CAN/LIN总线的教学楼智能照明系统?
0 2022-11-29

1 引言

智能照明系统在智能办公大厦、现代化建筑中的研究运用较多,而对于教学楼的研究运用却很少,导致传统的照明系统目前仍被广泛使用,其基本结构是动力线根据设备控制需求进行分线,用手动开关直接控制电源,不存在控制信息流的概念。本文探讨基于/LIN总线的智能照明系统,实现对整个系统的集中管理,降低系统的管理费用。采用可调光电子镇流器恒照度控制,充分利用日光,真正实现了合理节能,为学生营造舒适的学习环境;灯具软启动,延长使用寿命,减少了系统的运行费用。

CAN网络(Controller Area Network)是一种架构开放、广播式的新一代网络通信协议。CAN推出之初是用于汽车内部测量和执行部件之间的数据通信。能够以较低的成本、较高的实时处理能力在强电磁干扰环境下可靠地工作[1]。LIN 总线是一种低成本的串行通讯网络,目标是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能。在不需要类似CAN的高端汽车总线的带宽和多功能的场合,使用 LIN总线可以大大节省成本。在LIN实现的系统中,通常将模拟信号量用数字信号量替换,这将使总线性能得到优化。因此,CAN/LIN总线很快由最初的汽车行业扩展到工业控制领域[2]。

2 系统设计

本系统干线采用CAN总线,支线采用LIN总线。CAN总线具有很高的可靠性,高速、长距离传输,开发系统廉价,其特有的多主传送方式,可以使各个分机(节点)根据需要自主发送数据,无需主机不停地轮询,节省网络上的数据流量,传输效能高。CAN总线的上述性能都已固化在CAN总线处理芯片之中,使用极为方便[3]。LIN总线基于通用接口,几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件,网络采用极少的信号线(一根12V信号总线和一个无固定时间基准的节点同步线),设备硬件成本低[2]。

数字化可调光电子镇流器智能照明系统实现的功能[4]:

(1)分散控制:将控制功能分散给系统每一个子控制器;

(2)全自动调光:使照明系统工作在全自动状态,系统可设定若干个状态,这些状态会按预先设定的时间相互自动切换,并将照度自动调整至最佳的工作水平。

(3)在每个控制终端面板上均可观察到本单元灯的亮灭状态;

(4)自锁:若停电,来电后所有的灯均保持熄灭状态;

(5)自动控制与人为干预相结合,现场设置开关,方便操作;

(6)可在监控室实现对整个照明系统的监测管理;

2.1 硬件设计[5]

CAN/LIN总线控制系统示意参见图1:

图1 CAN/LIN总线控制示意图

(1) 系统单元:PC机(带CAN接口卡)、系统电源、每层楼的子监控单元(518902)、各教室终端控制器(51单片机8LPC902)。PC 机作为主控制器,向各个子单元发布和接受信息,对整个照明系统进行监控,并负责恒照度控制的逻辑运算。子监控单元主要负责通讯转接,在其与CAN总线接口处加CAN/LIN总线网关进行数据转换。

(2) 输入单元:单/双/四键开关、室外/室内红外线感应器、照度、光电感应器、辅助输入单元,它们均作为教室控制器的的信号源,LIN总线上的终端控制器地址编号通过拨码开关设定,其主要负责信号采集和存储及响应总线要求发布信息,同时,对采集的信号进行简单的判断,以决定各输出单元的工作状态。终端控制单片机采用LIN来接受发布信号,内部信号采集采用循环扫描,时实更新的方法。

(3) 输出单元:单/双/四/十二路等继电器、四/八路调光器、四路模拟输出单元。

(4) 教学楼楼道作为一个终端子单元开对待,利用红外线传感器作为输入,调用主控机最近一次照度计算值来判断,不单独安装照度传感器。

2.2 软件设计

LIN总线上单片机的控制程序框图(图2所示):

图2 终端控制器程序框图

(1) 智能照明系统中的恒照度控制[6]

使用光电感应器测得室外阳光的垂直照度后,输入一个基于遗传算法的RI模型,估计出室内的桌面照度,再与设定值比较,来控制照明的开关,这样可以最大限度地利用自然光,达到节能的目的,也可以提供一个不受季节与外部环境影响的相对稳定的视觉环境。该模型与使用室内照度传感器相比,其优点是避免当人工照明打开情况下,判断接下来的一段时间里,自然光是否足以满足照度的要求,是否关闭人工照明的困难。一般来讲,越靠近窗,自然光照度越高,人工照明提供的照度就越低,但合成照度应维持在设定照度值,如图3所示庞大群体的活动场所—教学楼,开发人性化的。

图3 室内光照示意图

(2) 软启动

灯具采用软启动器,开灯时,灯光由暗逐渐变亮,避免亮度的突然变化刺激人眼,给人眼一个缓冲时间,保护学生眼睛,避免大电流和高温的突变对灯丝的冲击,保护灯泡,延长使用寿命。

(3) 主控机管理程序

PC机管理程序在Windows2000操作系统下,利用Visual 开发,包括系统监控、通讯管理、数据运算、命令输出以及键盘显示等模块。系统运行时,各教室灯具的工作状态以图形的形式显示在PC机的显示器上,各层显示图象间可互相切换,形象直观,操作方便[7]。

3 结束语

该智能照明系统改善了教室的照明环境,传统照明系统中,配有传统镇流器的日光灯以100Hz的频率闪动,且启辉时的亮度不稳定,而智能照明系统中的可调光电子镇流器则工作在很高频率(40~70kHz),克服了频闪,利于保护学生视力,提高学习效率。该系统的自动调光,充分利用自然光,使室内的照度始终保持在恒定值附近,改善灯具的工作状态。光源减弱与寿命的关系如附表[6]。

附表 光源减弱与寿命的关系

充分利用天然光,节约照明用电,智能调光可以大大提高灯具使用寿命。本系统红外线监测功能,避免“长明灯”,减少了人为浪费,降低运行维护费用,带来可观的投资回报。持续发展的需要,有着十分重要的意义;同时具有巨大的生态、环境和经济效益。针对学生这个智能照明系统也显得尤为必要。

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 相关技术文库
  • 工业
  • 安防
  • 航空
  • CAN
  • 地址总线数据总线及控制总线的定义

    总线:指能为多个部件服务的信息传送线,在微机系统中各个部件通过总线相互通信。地址总线(AB):地址总线是单向的,用于传送地址信息。地址总线的宽度为16位,因此基

    5小时前
  • 如何提高RS485接口芯片的通信质量

    RS-485接口芯片能担当起一种电平转化的角色,把TTL信号、COMS信号等转化为能在485总线上传输的差分信号,把接收到的485差分信号转化为MCU能够识别的

    5小时前
  • 模拟SPI接口I/O的定义及通信设计

    1.端口:P0.4,P0.5,P0.6,P0.72.调用delay_ms函数sbitspi_cs=P0^1;sbitspi_di=P0^2;sbitspi_cl

    昨天
  • 串口数据转换CAN帧格式的方法

    MCU没有CAN或CAN接口数量不够怎么办?目前市面上有串口转CAN的相关模块或设备,但大家知道串口转CAN是如何实现的吗?转换后的帧格式是如何的?本文将为大家

    昨天
  • IPMB接口的请求和应答协议

    lRequest/ResponseProtocol(请求/应答协议)IPMB使用“请求——应答”协议,发送一条请求消息给一个智能设备,该设备会返回一个独立的应答

    昨天
  • IPMB接口协议的实现目标和特征

    智能平台管理总线(IPMB)的设计是为了在mission-critical服务器平台支持“ServerPlatformManagement”(服务器平台管理)的

    昨天
  • 飞机加油系统中的PIC单片机应用

    一、引言当前,能源已成为制约很多国家发展的瓶颈,特别是广大发展中国家,能源紧缺现象逐步凸现,世界各国对石油资源的争夺不断加剧,甚至引发局部战争;作为最大的发展中

    昨天
  • 基于ARM7处理器实现USB接口与CAN总线

    为了更好的将USB的通用性和CAN的专业性结合起来,通过计算机的USB接口接入CAN专业网络,实现系统控制的便利性和应用的高效性,本文讲述了一种基于ARM7处理

    昨天
  • 嵌入式开发常用总线与接口

    任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接,但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接,那么连线将会错综复杂,甚至难以实现。为了简化

    前天
  • 电机控制单电阻采样机制

    电机控制单电阻采样机制是在一个PWM波形内采集两相电流ADC数据,但某些扇区边界条件下只能获得一路电流ADC数据,需要对PWM波形进行变形用于构造电流采样区域。

    01-28
  • 共模电感用于总线的作用

    在CAN节点的设计中,我们通常为了总线的通讯更为可靠,为CAN接口增加各种器件,但实际并非所有应用都需要,过多防护不仅增加成本,而且器件的寄生参数必然影响信号质

    01-20
下载排行榜
更多
广告