基于CAN/LIN总线的教学楼智能照明系统

　　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CAN/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UART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时钟线)，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(51单片机8LPC902)、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、照度传感器、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收发器来接受发布信号，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):