传统城市道路照明系统对回路实现整体控制,只能实现回路路灯整体开关,不能对回路中的单个路灯进行单点控制,且灵活性差。为实现路灯节能降耗,提出了一种基于CAN 总线的道路照明控制系统的设计与实现方法,采用智能化控制策略对传统路灯照明系统进行改进,使用英飞凌16 位单片机对车辆通过信息进行采集和处理,预先调整路灯亮度。论述了系统子节点路灯控制器和主节点回路控制器的工作原理和硬件设计方案,并介绍了该系统的软件结构框图,经实验证明了该方案的有效性。
车辆传感器模块中采用干簧管继电器,干簧管体积小、质量轻,通断时间为1 ~ 3 ms,当模型车行驶到干簧管附近时,管内接点会吸合,传感器模块采样到车辆通过信息,采样输入端电平被拉低。
在实验模型中,LED 调光电路模块中采用MBI1804 驱动芯片,提供了4 个恒流输出通道,具有高输出电流能力,最大电流输出值为240 mA,可直接输入由XE164FM Lout 端输出的PWM 波,调整范围为100% ~ 0%,如图3所示。串口通信模块用于与上位图3 节点硬件电路简图机进行通信。
4 软件实现
使用英飞凌公司DAVE 自动代码生成软件可以对单片机内各模块进行图形化配置,有效地提高了编码效率。节点发送时采用查询方式发送报文,通过读取状态寄存器值判断节点是否处于接收状态,然后再判断上次发送是否已成功,若上次发送已成功,只需将待发送的数据按特定格式组合成数据帧报文,送入发送缓冲区中即可发送。接收时采用中断方式接收报文,初始化程序中使能接收中断。
主节点控制器初始化部分配置报文对象MO1 ~MO5,功能如图4 所示。
TASK1 和TASK2 定时触发,广播车辆信息请求和亮度信息请求,TASK4 对车辆通过节点和下一节点发送亮度控制帧,TASK5 判断车辆通过亮度调整后与TASK4 预设亮度是否一致,并将上一节点的亮度恢复普通等级。TASK3 恢复所有节点普通亮度,如图5所示。
如图6 所示,子节点控制器对报文对象和帧更新位进行初始化,3 个更新位分别与主节点的发送请求相对应。TASK1 定时触发,判断有无车辆通过信息,TASK2 由CAN 中断指针触发,对接收到的帧更新位判断,进入相应的处理单元。_MO3IsUpdated 置位发送车辆通过信息,_MO4IsUpdated 置位发送当前亮度信息_MO5IsUpdated 置位对PWM 占空比调整设定节点亮度。退出ProcCAN 时复位各帧更新位。
5 实验结果与分析
在CrossView Pro C166 中可在线查看MultiCAN 中各个报文对象的数据段。以子节点1 和子节点2 为例进行分析。
当车辆行驶到子节点1 时,主节点向子节点发送车辆信息和亮度信息请求,图7( a) 上和左中所示为子节点1 车辆信息发送帧和亮度信息发送帧中的数据内容,图7( a) 下为子节点1 从主节点接收到的亮度调节信息内容,其中低8 位为节点地址,高8 位为车辆或亮度信息。子节点2 未检测到车辆通过( 0x00,图7( b)上) ,且当前亮度为低亮( 0x01,图7( b) 中) ,在主节点发送的亮度调节信息中,将子节点2 的亮度调节为高亮( 0x02,图7( b) 下) 。
当车辆行驶到子节点2 时,图8( a) 下所示,子节点1 接收到主节点发送的亮度调节信息恢复至普通亮度( 0x01) ,图8( b) 下可知子节点2 保持高亮状态。图9 所示,当车辆继续行驶一段时间后,各个子节点均未检测到车辆通过信息,主节点向子节点发送亮度调节信息,均恢复普通亮度。
6 结束语
① 基于报文的CAN 总线通信,改善了传统分布式系统基于地址的数据传输;
② 实现传统粗放式控制向单点控制过渡;
③ 引入了智能的控制策略,实现按需照明。实践证明,该照明控制系统实现了路灯节点的车辆信息实时收集,主节点回路控制器综合分析车流量信息,单点控制有效节省了传统照明系统中整体调控所消耗的能量,具有较高的可靠性。
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