基于CAN总线的自动调光系统设计(论文)

南京邮电大学毕业设计(论文)开题报告题目基于CAN总线的自动调光系统设计学生姓名戴俊翔班级学号B11050228专业 自动化提纲(开题报告2000字以上)：1. 对指导教师下达的课题任务的学习与理解；2. 阅读文献资料进行调研的综述（10篇左右）；3. 根据任务书的任务及文献调研结果，初步拟定的执行（实施）方案（含具体进度计划）。一、对课题任务的理解 通过查找相关文献以及研究资料，本课题主要解决当前环境下的照度实时采集，以及对被控灯进行开关或亮度调节等相应的功能，并保证上位机通过CAN总线数据通信对下位机进行管理操作。为此需要掌握现场总线技术，掌握CAN总线的通信控制器SJA1000工作原理，能够搭建起CAN总线通信线路；掌握单片机通信原理，以及脉冲宽度调制（PWM）调光法。PWM调光是通过调整脉冲占空比达到调整被控电路电流的目的，从而改变照度的方法，此方法简单易行，可控性强，便于实现。课题最终能够搭建起硬件电路，并编译出程序进行稳定控制。二、课题研究意义和研究现状1. 课题研究意义 早在二十世纪九十年代初国际上就针对节约电能保护环境的照明系统提出了“绿色照明”的形象说法。九六年我国提出了“中国绿色照明工程”，其宗旨是发展和推广照明电器产品，建立优质高效、经济舒适、安全可靠、有益于保护环境的照明系统。随着科学技术的发展，人们对自身生活水平以及生存环境也有了更高的要求。传统的照明系统因其机械单调的照明方式以及有差别区域亮度等缺陷，已无法满足人们的需求。因此通过本次课题的研究，能够实现照明单个系统的自动控制以及多个系统的集中控制，从而达到节能，安全，以及照明条件人性化的目的，并能够取得一定的经济效益3。2. 研究现状智能化已经成为当今建筑发展的主流技术1-2，涵盖从空调系统、消防系统到安全系统以及完善的计算机网络和通信系统。但是长期以来智能照明系统一直是被忽略的部分，虽然部分智能大厦采用楼宇自控（BA）系统来监控照明，实现的也只是简单的区域控制，定时开关和预设场景控制。这种控制方式不能随外界环境变化而变化，在相对固定的电气设计下，灵活性较差。国外在智能照明控制方面的技术比国内成熟的多，他们在照明控制领域引入了现场总线技术，如CAN总线，LonWorks总线等，出现了分布式照明控制系统。如今已开发出不少的智能灯具和照明的智能控制与管理系统，如澳大利亚齐胜（Clispal）的C-BUS总线，德国ABB公司的I-BUS总线，邦奇（Dynalite)Dynet总线协议等等。虽然我国在灯光调控、节能方面研究起步较晚，不过发展相当迅速，也出现了例如智能住宅中心控制系统（IHCC），和“真善美”品牌的智能照明控制开关等。 3.PWM调光概述 脉冲宽度调制(PWM) 5，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。此外单片机有部分I/O口具有输出PWM信号的功能。比如说部分单片机的I/O口可以输出时钟信号，时钟信号的脉宽和占空皮可调，可以根据实际需要调整寄存器位来设定。单片机PWM调光的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电流。以此来调整亮度。 4.CAN总线概述 CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称6，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO11898）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。 CAN(controller area network)最初是由德国Bosch公司在80年代初期，为了解决汽车中众多的控制与测量设备之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线，属于现场总线的范畴，1993年成为国际标注（ISO11898：道路车辆的高速控制器局域岗数字交换系统标准）。CAN总线是一种有效支持分布式控制系统或实时控制的串行通信网络，是一个多主总线，总线上的各节点都有权随时向其他节点发送信息，总线冲突时通过总线仲裁方式决定占用总线的节点，实现在电磁干扰环境下，远距离实时数据的可靠传输。 三、课题实施方案 1.基于CAN总线自动调光系统硬件设计 （1）数据采集模块电路设计 微处理器89C52通过数据采集模块检测环境信号，该系统中的数据采集模块是指红外探测模块9以及照度检测模块8，分别用来检测环境内是否有人以及检测光照强度是否到达设定值，此时处理对检测到的信号进行处理，输出控制参数给执行电路，这样可以关闭无人区域的灯，或者调整光输出使照度达到何时水平。 (2)执行电路设计 执行电路中包括开关控制电路，调光控制电路。首先选用交流固态继电器作为可控开关，当检测模块检测到区域内无人时，单片机给出输出电平，使继电器电路关断，从而关闭控制灯。其次采用PWM调光方法10，在不改变PWM方波周期的前提下，利用单片机具有的PWM口，通过程序来控制单片机输出占空比可调的高频脉冲，由此改变驱动电流，从而精确地调节LED亮度。图1.执行电路总体框图 （3）CAN总线站点接口电路 在网络的层次结构中，数据链路层和物理层是保证通信质量至关重要、不可缺少的部分，也是网络协议中最复杂的部分。CAN控制器就是扮演这个角色，CAN控制器是以一块可编程芯片上的逻辑电路的组合来完成实现这些功能。此系统中CAN控制器选用PHILIPS公司生产的SJA1000.CAN接口驱动器选用PHILIPS公司生产的82C250。图2.下位机CAN总线框图CAN控制器SJA10004,8SJA1000 是一种独立控制器，用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制（CAN）。SJA1000 在软件和引脚上都是与它的前一款PCA82C200 独立控制器兼容的在此基础上它增加了很多新的功能为了实现软件兼容SJA1000 增加修改了两种模式：BasicCAN 模式以及PeliCAN 模式，工作模式通过时钟分频寄存器中的 CAN 模式位来选择，复位默认模式是Basic CAN 模式。图3.CAN总线控制器SJA1000内部结构图CAN驱动器82C250CAN总线驱动器提供了CAN控制器与物理总线之间的接口，是影响网络性能的关键因素之一。CAN总线驱动器可以提高总线驱动能力，增加通信抗干扰能力，并有效保护SJA1000免遭破坏。系统中CAN总线驱动器82C250提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力，且其差分接受器共模抑制比宽，抗电磁干扰。2.基于CAN总线自动调光系统软件设计基于CAN总线的自动调光系统的软件系统由上层管理系统和现场控制系统部分组成，不过在此主要研究现场控制器部分的程序设计，主要包括控制功能及控制器与物理总线通信功能的程序设计。设计时在考虑基本功能的前提下，也需要考虑程序功能的扩展新、可读性，同时要稳定可靠，便于维护。四、进度安排从毕业设计工作开始起：第1-2周，掌握无线能量的传输原理和单片机技术，结合设计目标，写出开题报告；第3-7周，设计并分析无线供电的温度传感系统的组成部分关键技术；第8-10周，搭建并调试无线供电的温度传感系统；第11-13周，撰写毕业设计报告，准备答辩；第14周，答辩，按照答辩委员会意见修订论文。参考文献1 贾志城 .基于CAN总线的图书馆智能照明控制系统J. 建筑设计管理.2014 .2(1):89-91 2 葛炎风,缪希仁,林苏斌. 基于CAN总线的智能照明控制系统设计J. 现代建筑电气.2011, 2(1):11-163 Eliadis, Constantine. Intelligent lighting system. Canadian Consulting Engineer. August/ September, 2004,4(5):46-474 陆前锋.刘波.陈明昭. 基于SJA1000的CAN总线智能控制系统设计J. 自动化技术与应用, 2003, 1(1):61-645 田立东.周继军.秦会斌. PWM调光LED驱动器设计J . 机电工程, 2012, 4(1):465-4686 Chi Dongming. 5i Dongsen. Application of CAN bus for the intelligent lighting control system on parkControl & Automation, 2005, 2:46-477 韩党群. CAN控制器SJA1000及其应用J . 电子技术应用, 2003, 1(4):66-69 8 孙勇, 几种光照度测量方式浅谈J. 中国科技博览, 2011, 35(3):421-4219 朱惜辰. 红外探测器的发展J. 红外技术, 1999,6(4):12-1510 张波,曹丰文,汪义旺. 路灯驱动及智能调光系统的研究与设计J. 照明工程学报. 2011, 4(1):71-74.指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日6