基于CAN总线的教室灯光智能控制系统的研究

[摘要]本文提出了一种基于CAN总线的教室灯光智能控制系统的设计方案，结合光线传感器和人体红外传感器设计了现场智能节点。能够有效地避免高等学校的教室内灯光长期处于开灯状态。该系统不仅能够在很大程度上节约了电能，还能为学校减轻经济负担；同时也将计算机技术和自动化技术运用到实际，，该系统具有结构简单，高可靠性，自动化程度高等特点，具有广阔的应用前景。
　　[关键词]CAN总线教室灯光智能控制组态技术节约能源
　　[中图分类号]TE08 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0014-02
　　CAN总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，具有高可靠性、成本低、配置灵活、数据传输速度快等优点，已经成为最为广泛流行的总线技术之一。
　　目前大部分高校教室的灯光控制都处于无人管理的状态，从早晨第一节课开始，教室的灯光就被打开，一直开到晚上管理人员进行巡查的时候，甚至在阳光充足的晴天也会一直处于打开的状态，这无形之中就浪费了许多电能，为学校造成了经济负担。本文提出了一种将CAN总线技术应用到教室灯光智能控制系统中的新技术，结合光敏传感器和人体红外传感器，对教室灯光进行了智能控制，在光照度大于一定阈值时，灯都处于关闭状态；当光照度小于一定阈值时，根据教室人员分布情况，有人的区域灯光被打开，无人区域灯光关闭。
　　1、基于CAN总线的教室灯光智能控制系统的基本原理
　　（图1）该系统由上位机、CAN适配器、各个节点组成。每个节点之间通过CAN，总线进行通信。上位机的作用是监视和控制。由灯光控制继电器和传感器以及相关电路构成的各个现场智能节点既是整个系统的执行元件，又是检测元件。
　　将教室分为A、B、C、D 4个区域，每个区域都安装有由光线传感器和人体红外传感器组成的现场控制节点。当教室内某个区域内有人，并且照度值低于3001X时，则打开对应区域的灯；当教室内某区域的照度值高于3001X时，不论该区域是否有人都不打开该区域的灯；当教室内某个区域没有人时，无论该区域照度值是多少都不打开该区域的灯，即光照下限值设定在300/X。但是从成本上考虑，本系统光探测模块采用的是光敏电阻，而光敏电阻在不同照度下的阻值有一定的离散性，在设计时精确地将阈值设置在3001X有很大难度，因此本设计采取模糊设置，尽量使阈值接近3001X。当出现紧急情况时，可以选择手动模式进行控制。
　　2 系统硬件设计
　　控制节点按照功能可以分为不同的类型，但是基本结构是大体相同的。控制节点的电路结构如图2所示。主要由处理器、CAN总线控制器和收发器构成。对于每个控制节点，首先是通过做处理器读取外部设备、传感器和处理人机接口的检测与控制信号，并对该信号进行局部控制调节，执行具体的计算及信息处理等应用功能；同时通过CAN总线控制与其他控制节点或者功能模块进行通信。
　　（图3）SAJ1000是一个独立的CAN控制器，它在汽车和普通的工业应用上有先进的特性。它将会替代PCA82C200，特别适合于电子模块、传感器、制动器的连接和通用工业应用中。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。在此基础上增加了很多新的功能。为了实现软件兼容，SJA1000有两种不同的操作模式。
　　1）Basic CAN模式：好PCA82C200兼容模式，与PCA82C200独立CAN控制器引脚电气均兼容。
　　2）Peli CAN模式：是扩展特性操作的新模式，它能够处理所有的定义的帧类型，而且还能够提供一些增强功能使SJA1000能够应用于更宽的领域。
　　82C250是CAN控制器和物理总线之间不可或缺的接口器件，也成为总线驱动器。PCA82C250是CAN控制器和物理总线之间的接口，能够提供向总线的差动发送能力和cAN控制器的差动接收能力，与ISO/DIS11898保准完全兼容82C250的功能框图如（图4）所示：
　　串行接口电路采用标准RS-232接口芯片MAX202，使用该接口可以使节点在无需网络连接的情况下也可以进行节点之间互连关系的上传和下载，同时也可以当作调试的接口。8位拨码开关用于设定节点的逻辑地址，各个节点就是根据这个逻辑点知进行相互识别。
　　3、系统软件设计
　　（图5）在系统初始化之后，程序循环查询传感器接口、串口和CAN接口。当检测到传感器有信号时，程序在打开相应区域的灯光同时也通过CAN总线向其他节点发送该传感器的信息。其余的控制节点一旦受到该信息就会根据控制方案，打开与该传感器相关联的其他区域的灯光。同时上位机检测界面也会显示该区域的灯光打开。
　　4、监控界面的建立
　　本文采用了北京昆仑通态的MCGS组态软件，建立的监控界面如（图6）：
　　界面上显示了教室的楼号和教室号和教室内的4个区域的灯光指示灯；同时也包括了教室内的光照强度和时间显示。手动开关是为了防止出现意外情况的时候灯光不能及时打开。搭配教室现有的视频监视设备，能够及时的观察到教室灯光的使用情况。
　　5 结束语
　　本文中设计的教室灯光智能控制系统，能够有效的防止教室灯光处于长期无人管理的局面，当光照强度达到一定上限值时，各个灯光继电器不动作，灯光处于关闭状态。能够有效地较少工作人员的工作量，并且提高了自动化水平。
　　参考文献
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