摘要：本文提出了一種基于CAN總線的分布式停車場燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方案,，介紹了該智能控制系統(tǒng)的軟件,、硬件設(shè)計方法。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單,、高可靠性,、高性能價格比等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景,。
關(guān)鍵詞：CAN總線 停車場照明智能控制 組態(tài)技術(shù)
CAN（Controller Area Network——控制器局域網(wǎng)）是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò),，具有可靠性高、成本低,、配置靈活,、數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)傳輸速率快等優(yōu)點,，已經(jīng)成為國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一,。
目前大部分的地下停車場都需要大量的照明設(shè)備進(jìn)行長期照明,，采用傳統(tǒng)的連續(xù)照明方式或聲控照明方式很難實現(xiàn)照明的自動控制，且會造成巨大的能源浪費和設(shè)備損耗,。國外雖然有類似的燈光智能控制系統(tǒng),，但價格很高，限制了它的廣泛應(yīng)用,。本文提出了一種基于CAN總線技術(shù)開發(fā)的分布式停車場燈光智能控制系統(tǒng),，能夠解決停車場內(nèi)照明智能控制問題，降低停車場內(nèi)的布線復(fù)雜度,，減少安裝費用并大大延長停車場內(nèi)照明設(shè)備的使用壽命,，具有良好的應(yīng)用前景。
1 分布式停車場燈光智能控制系統(tǒng)的基本原理
該智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,。系統(tǒng)主要由上位機(jī),、CAN適配器、控制節(jié)點（包括出入口控制節(jié)點和現(xiàn)場控制節(jié)點）等部分構(gòu)成,，各節(jié)點間通過CAN總線進(jìn)行通信,。
當(dāng)有車輛進(jìn)入停車場時，可以根據(jù)車牌號決定該車入庫時的行車路線及車位,，根據(jù)預(yù)定的行車路線,，選擇相應(yīng)的照明控制方案。
各現(xiàn)場控制節(jié)點檢測各通道入口是否有車輛經(jīng)過,，當(dāng)檢測到過往車輛時,，控制器打開車輛附近相關(guān)的照明回路，同時通過CAN總線向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)布消息,；其他節(jié)點根據(jù)接收到的消息以及事先預(yù)定的控制方案打開有關(guān)的照明回路,。
在出入口的控制節(jié)點可以實時監(jiān)測并顯示各個照明回路的開關(guān)狀態(tài)。同時出入口節(jié)點也可根據(jù)需要進(jìn)行手工控制,，實現(xiàn)對停車場內(nèi)每一個回路的開關(guān)控制,，以應(yīng)付一些緊急事件。
為了讓系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的使用環(huán)境,，同時能夠根據(jù)用戶的需要隨時改變照明方案,，該系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程技術(shù)，可由上位機(jī)通過CAN總線,，將各個節(jié)點的控制方案下載到各控制節(jié)點,，實現(xiàn)照明方案的現(xiàn)場編輯、現(xiàn)場修改及現(xiàn)場下載,。
系統(tǒng)中CAN適配器的作用是將CAN總線上的命令通過串口或USB口傳給上位機(jī),，也可以將上位機(jī)的命令轉(zhuǎn)換成CAN命令發(fā)送給系統(tǒng)中的其它節(jié)點。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
控制節(jié)點按功能可以劃分為不同的類型,，但是其基本的結(jié)構(gòu)相同,?？刂乒?jié)點的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示,。主要由微控制器,、CAN總線驅(qū)動器、外部存儲器,、串行接口,、電源部分等組成。
微控制器采用PHILIPS公司的P87C591,，P87C591 是一個單片8 位高性能微控制器,，具有片內(nèi)CAN 控制器，它采用了 80C51 指令集并成功的包括了Philips 半導(dǎo)體SJA1000 CAN 控制器的Pelican 功能（該模式支持具有很多新特性的 CAN2.0B協(xié)議）,，同時該微控制器具有內(nèi)置看門狗,，內(nèi)部程序存儲器為16K字節(jié)。采用該控制器可以大大簡化電路設(shè)計并節(jié)省應(yīng)用空間,。
外部存儲器的作用是存儲從上位機(jī)下載下來的控制方案,。外部存儲器采用RAMTRON公司的FM25640。該芯片采用鐵電存儲技術(shù),，具有高速非易失的特性,，采用SPI接口連接，容量是64K位,。該芯片用于存儲節(jié)點間的控制方案,，同時也可以當(dāng)作系統(tǒng)的緩沖區(qū)。
繼電器接口用于連接控制節(jié)點與照明回路,，通過該接口控制節(jié)點可以控制照明設(shè)備的開關(guān),。
串行接口電路采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口芯片——MAX202，使用該接口可以使節(jié)點在無需連接網(wǎng)絡(luò)的情況下也可以進(jìn)行節(jié)點間互連關(guān)系的上傳和下載,，同時也可以當(dāng)作調(diào)試的接口,。8位撥碼開關(guān)用于設(shè)定節(jié)點的邏輯地址，各個節(jié)點根據(jù)這個邏輯地址進(jìn)行相互識別,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 上位機(jī)管理軟件設(shè)計
上位機(jī)管理軟件實現(xiàn)的主要功能如下：
1） 系統(tǒng)控制方案的新建,、修改、保存：用戶可以通過管理軟件建立并修改控制方案,，或者將控制方案以文件形式保存,，以備以后使用。
2） 系統(tǒng)控制方案的上傳,、下載：管理軟件可以將網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的所存儲的控制方案上傳到上位機(jī),，也可以將控制方案通過CAN總線下載到各個節(jié)點中去。
3） 實時監(jiān)測系統(tǒng)各個回路的狀態(tài)：系統(tǒng)通過CAN接口卡可以實時監(jiān)測CAN總線上傳送的各種命令,，并可以在上位機(jī)上顯示出各個回路的開關(guān)狀態(tài),。
4） 控制系統(tǒng)各回路的開關(guān)狀態(tài)：用戶可以通過管理軟件向系統(tǒng)中其它節(jié)點發(fā)送控制命令,，控制系統(tǒng)中任意回路的開關(guān)。
上位機(jī)管理軟件采用組態(tài)技術(shù)和圖形化編輯界面,，用戶可以通過組態(tài)方式或者通過表格方式建立,、修改控制方案。管理軟件也通過圖形方式實時顯示系統(tǒng)中各個回路的狀態(tài)的,。
3.2 控制節(jié)點的軟件設(shè)計
3.2.1 控制節(jié)點軟件實現(xiàn)功能
控制節(jié)點軟件實現(xiàn)的主要功能如下：
1） 系統(tǒng)的初始化：包括串口的初始化,、CAN控制器的初始化、定時器的初始化以及系統(tǒng)主要變量的初始化,。
2） 外部存儲器資源的分配,、管理：包括對FM25640讀寫的基本操作，以及建立在這些操作上的對節(jié)點控制方案的管理,。
3） CAN命令的發(fā)送,、接收及解釋：包括對其它節(jié)點發(fā)送的CAN命令的接收、識別,、解釋,，以及相應(yīng)的應(yīng)答命令的發(fā)送。
4） 串口命令的發(fā)送,、接收及解釋：包括串口命令的接收,、識別、解釋,，以及相應(yīng)的應(yīng)答命令的發(fā)送,。
5） 傳感器信號的檢測：包括傳感器組的連續(xù)檢測，以及檢測到信號時所進(jìn)行的相應(yīng)處理,。
6） 照明回路的控制,。
7） 定時器的管理。
3.2.2 控制節(jié)點軟件工作流程
控制節(jié)點的程序采用C51設(shè)計,，這樣可以大大簡化程序設(shè)計的復(fù)雜度,。控制節(jié)點的主程序框圖如圖3所示,。
在系統(tǒng)初始化后,，程序循環(huán)查詢傳感器接口、串口和CAN接口,。當(dāng)檢測到傳感器有信號輸出時,，程序在打開附近的照明回路的同時也通過CAN總線向其他節(jié)點發(fā)送該傳感器的信息。其余的控制節(jié)點一旦接收到該信息,，便會查詢存儲在外部存儲器中的控制方案信息,，然后打開與該傳感器相關(guān)聯(lián)的照明回路，從而實現(xiàn)控制方案指定的照明方式,。
控制節(jié)點的CAN中斷程序的框圖如圖4所示,。當(dāng)節(jié)點接收到一條CAN幀,，中斷處理程序讀出該命令，并置CAN命令接收標(biāo)志,，等待命令處理子程序的處理,。
為了方便控制節(jié)點的安裝與調(diào)試，在主程序中特別加入了串口處理程序,。使用者可以通過發(fā)送串口命令測試控制節(jié)點的各項功能,，也可以通過串口上傳,、下載控制方案,。
3.2.3 現(xiàn)場可編程功能的實現(xiàn)
為了實現(xiàn)該系統(tǒng)的現(xiàn)場可編程功能，每一個控制節(jié)點都應(yīng)該存儲本節(jié)點的照明回路與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點的傳感器的邏輯關(guān)系表,。邏輯關(guān)系表的結(jié)構(gòu)如下：
上表表示節(jié)點的各個照明回路與系統(tǒng)中某一節(jié)點的的傳感器（包括本節(jié)點）的互連關(guān)系,。如果表項中對應(yīng)值為1，則表示對應(yīng)的照明回路與傳感器相關(guān)聯(lián),，一旦傳感器有信號,，相關(guān)的照明回路就會被打開。關(guān)系表中的各項的值可以隨時改變,，并通過上位機(jī)或串口重新下載到存儲器中,。
假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有N個控制節(jié)點，每一個節(jié)點中將會存儲N-1張關(guān)系表,，對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中的其余N-1個節(jié)點,。一旦某一節(jié)點在CAN上發(fā)送傳感器消息，其余的節(jié)點接收到該消息后就會從對應(yīng)于發(fā)出消息的節(jié)點的關(guān)系表中查找與該傳感器關(guān)聯(lián)的照明回路并打開這些回路,。這樣一旦有車輛進(jìn)入停車場,，該控制系統(tǒng)就會打開控制方案規(guī)定的所有的照明回路，實現(xiàn)照明的智能化,。
4 結(jié)束語
通過對系統(tǒng)軟件,、硬件的反復(fù)調(diào)試，該分布式燈光智能控制系統(tǒng)顯示出了傳統(tǒng)的停車場燈光控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性,，可以有效減少小區(qū)地下停車場照明系統(tǒng)的安裝和維護(hù)費用,，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價值。