基于CAN总线的智能照明控制系统设计方案

1、基于 CAN总线的智能照明控制系统设计方案1.1设计要求本题目要求设计一个基于CAN 总线的智能照明控制系统。设计中采用主从节点的网络设计方案，通过主节点对各个从节点的照明灯进行实时监控。系统要求设计一个主节点，多个从节点，并模拟应用现场，进行试验研究。主节点具有实时监控各个从节点照明灯开关时间、状态等的功能。在主节点上，主节点可以随时设置所有从节点开关灯时间及状态，从节点也可以随时设置本节点灯设备的开关情况。并且，无论是在哪里改变了照明灯设备的开关状态或剩余时间，都能实时的更新主从节点上的显示。此外，本系统还具有离线检测，通讯指示，运行指示等功能。当某从节点设备人为的从总线上卸下或由于总线局

2、部断开而造成的节点离线，都能在主节点监控界面上实时显示。另外，系统具有通信故障指示，当与主节点相连的总线断开时，主节点将作出相应的通信异常指示。1.2总体设计方案1.1.1设计思路本设计是一个基于CAN总线的现场测控网络。设计中采用主从式总线型网络结构，实现主从节点的信息交流。并且采用 CAN总线的双验收滤波技术，以保证同时支持CAN总线的点对点通信和广播通信方式，为节点间的正确通信打下良好基础。系统工作流程如下：首先，在主节点利用触摸屏输入各从节点灯控制信息，点击确定后，先依次将各个从节点的设置信息，以点对点的方式发送给各个从节点，紧接着用广播方式将一个启动灯信号发送给所有的从节点，以保证同

3、时启动所有从节点灯设备。当从节点设备接收到灯设置信息和确定信号后，从节点将接收到的信息进行解包翻译，并产生照明灯开关控制信号和定时器控制信号以控制灯设备。在正常运行模式( 非设置模式 ) 下，主节点通过不断向各个从节点发送数据请求帧，从节点只有接收到目标地址为自己节点号的数据请求帧，才会将本节点灯设备的开关状态和剩余时间发送给主节点进行更新显示，从而实现主节点对从节点的实时监控。当从节点将自身的灯控制信息更改后，由于主节点不断的向从节点请求数据， 故，各从节点的灯信息也能在主节点上动态更新。对于离线检测功能的实现，主节点在规定的时间内，检查各个从节点是否发送过数据给主节点，如果没有发送过数据，

4、则认为该从节点已经断开了总线的连接即节点离线。否则，从节点在线。在运行指示功能中，当主节点主程序停止运行则指示运行不正常。具体实现如下，首先定义一个全局变量 WorkCount，在主节点主程序的while工作循环中自加，当 while循环执行一次，则该变量增加1，当该变量能达到某设定阈值则取反运行指示灯状态并清零WorkCount 后重新自加计数，这样当主程序还在运行，则运行指示灯就一直在闪烁。1.1.2方案论证与比较考虑到实际因素的制约，所以不可能考虑高成本以及在实验室难以制作的设备，由于照明设备所处的环境差异较大，有些环境较为恶劣，在降低成本的同时还要保证数据通信的可靠性，所以在选择器件时

5、就应优先考虑上述因素。1.1.1.1主控制器对于从节点单片机的选择，我们采用比较常用的STC89系列单片机，如STC89C52。选用该型单片机的原因：（ 1）从节点的功能比较单一，程序量不大，采用该型单片机无须扩展程序存储器。（ 2）起数据采集和输出控制作用的智能从节点的数据都会及时发送出去，需要的本地存储器容量也不大，采用该型单片机无须扩展数据存储器；（ 3）选用该类型单片机，可以采用由德国的Keil 公司生产的，在代码生成方面处于世界领先地位Keil软件开发工具，该开发工具比较容易获得，具有友好的界面，我们也比较熟悉。它内部具有兼容于MCS-51的头文件，编程方便，开发周期短，开发效率高。

6、故，我们选用STC89C52单片机作为从节点主控制器。（ 4）STC89 系列单片机具有较丰富的中断和计数器资源；指令与MCS51兼容，在软件编写上比较方便。比较后选择STC89C52单片机作为智能从节点主控制器芯片。对于主节点，由于要保存和处理多个节点灯设备的数据，需要较大的RAM容量，而为了建立友好的人机界面，还需要彩屏、触摸屏、SD卡、串口、蜂鸣器、CAN接口电路等外设，程序较为庞大，需要的ROM较大，另外，主节点需要处理大量的数据，需要较快的运算速度，数据处理中常常要用到乘法运算，为了提高数据运算能力，需要硬件乘法器的支持。然而通常的STC89C52单片机运算速度较慢，RAM和ROM都

7、较小， 内部无集成硬件乘法器和CAN控制器等。 因此，不选用STC89C52 单片机作为主节点的主控制器。由于LPC2119ARM系列微处理器运行速度较快，内部有16KRAM和128K 的 Flash存储器能满足主节点的存储器要求，并且LPC2119内部集成有硬件乘法器和CAN控制器，选用该处理器作为主节点的住控制器，可以提高可靠性并降低制作成本，此外， LPC2119 处理器功耗较低，采用3.3V 和 1.8V 供电就可以了，耗电较少。故，主节点采用NXP 公司生产的LPC2119微处理器作为主控制器。1.1.1.2 CAN控制器选择选择哪种 CAN控制器将对整个系统的成本产生较大的影响。目

8、前市场上CAN控制器分为单片机（或DSP）内嵌式和独立式二大类。(1) 主节点 CAN控制器选择由于主节点选用LPC2119处理器，其内部集成有CAN控制器，故主节点无需再选有独立CAN控制器。(2) 从节点 CAN控制器选择考虑到从节点控制任务简单，为降低成本选用常用的STC89C52作为主控制器， 其内部无集成的CAN控制器， 故选用独立的 CAN控制器芯片。在这里我们采用Philips公司的独立式 CAN控制器 SJA1000，目前在国内市场上最热门，它与单片机的接口简单，访问SJA1000 就像访问单片机的外部RAM一样，操作简单，方便。而且SJA1000 还是一款支持CAN1.0B协

9、议的 CAN控制器芯片，并且其价格也不高，其可采用直列式封装，制作简单。因此，我们选择SJA1000 作为从节点的 CAN控制器。1.1.1.3 CAN收发器对于 CAN收发器，只有PCA82C250最为适合了，尽管有TJA1050， PCA82C252,CF15,Si9200 但是 PCA82C250在市场应用多， 相关的设计较多，因此选择 PCA82C250作为 CAN收发器。1.1.1.4 CAN通信电缆为了提高 CAN总线通信可靠性和抗干扰能力，我们采用双绞线作为CAN总线通信电缆，双绞线通过双绞，减少自身对外界的电磁波辐射，同时也提高了外部电磁波辐射的抗干扰能力，另外，当平行对线传输

10、高频信号时由于两线之间存在的电容作用， 引起信号相位相对滞后，当平行线对双绞时，就会在线对形成电容的同时形成一个串联的电感，以抵消电容的影响，从而提高通信可靠性。1.1.3系统结构框图本系统主要采用主从式总线型网络结构。该网络结构具有结构简单、布线容易、成本低、编程容易等优点。系统中由 CAN主节点、多个 CAN从节点、执行机构和灯设备等构成。在主节点上可以设置或监视所有从节点的灯设备的开关灯状态及剩余时间。从节点也可以自行设置本节点灯的状态情况。网络中可以实现点对点的通信方式以及广播发送方式，以确保帧信息的正确达到。具体系统总体结构框图，如图 1.1所示：CAN0(主节点 )CAN_H120CAN_L120CAN1CAN2CANn(从节点 )(从节点 )(从节 点)照明灯 1照明灯 2照明灯 n图 1.1系统总体结构框图智能通信节点主要由单片机处理器、CAN 总线控制器和相应的输入输出设备三部分组成。首先主节点将带有照明控制信号的控制信息通过CAN总线网络发送到特定的从节点，从节点接收到控制信息后，经过适当的处理，按主节点控制要求产生特定的照明控制信号，以控制相应的照明设备。从而实现对照明设备的定时开、