基于CAN總線的教室燈光智能控制系統的研究

李冉　齊向東

[摘要]本文提出了一種基于CAN總線的教室燈光智能控制系統的設計方案，結合光線傳感器和人體紅外傳感器設計了現場智能節點。能夠有效地避免高等學校的教室內燈光長期處于開燈狀態。該系統不僅能夠在很大程度上節約了電能，還能為學校減輕經濟負擔；同時也將計算機技術和自動化技術運用到實際，，該系統具有結構簡單，高可靠性，自動化程度高等特點，具有廣闊的應用前景。

[關鍵詞]CAN總線教室燈光智能控制組態技術節約能源

[中圖分類號]TE08 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0014-02

CAN總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡，具有高可靠性、成本低、配置靈活、數據傳輸速度快等優點，已經成為最為廣泛流行的總線技術之一。

目前大部分高校教室的燈光控制都處于無人管理的狀態，從早晨第一節課開始，教室的燈光就被打開，一直開到晚上管理人員進行巡查的時候，甚至在陽光充足的晴天也會一直處于打開的狀態，這無形之中就浪費了許多電能，為學校造成了經濟負擔。本文提出了一種將CAN總線技術應用到教室燈光智能控制系統中的新技術，結合光敏傳感器和人體紅外傳感器，對教室燈光進行了智能控制，在光照度大于一定閾值時，燈都處于關閉狀態；當光照度小于一定閾值時，根據教室人員分布情況，有人的區域燈光被打開，無人區域燈光關閉。

1、基于CAN總線的教室燈光智能控制系統的基本原理

（圖1）該系統由上位機、CAN適配器、各個節點組成。每個節點之間通過CAN，總線進行通信。上位機的作用是監視和控制。由燈光控制繼電器和傳感器以及相關電路構成的各個現場智能節點既是整個系統的執行元件，又是檢測元件。

將教室分為A、B、C、D 4個區域，每個區域都安裝有由光線傳感器和人體紅外傳感器組成的現場控制節點。當教室內某個區域內有人，并且照度值低于3001X時，則打開對應區域的燈；當教室內某區域的照度值高于3001X時，不論該區域是否有人都不打開該區域的燈；當教室內某個區域沒有人時，無論該區域照度值是多少都不打開該區域的燈，即光照下限值設定在300/X。但是從成本上考慮，本系統光探測模塊采用的是光敏電阻，而光敏電阻在不同照度下的阻值有一定的離散性，在設計時精確地將閾值設置在3001X有很大難度，因此本設計采取模糊設置，盡量使閾值接近3001X。當出現緊急情況時，可以選擇手動模式進行控制。

2 系統硬件設計

控制節點按照功能可以分為不同的類型，但是基本結構是大體相同的。控制節點的電路結構如圖2所示。主要由處理器、CAN總線控制器和收發器構成。對于每個控制節點，首先是通過做處理器讀取外部設備、傳感器和處理人機接口的檢測與控制信號，并對該信號進行局部控制調節，執行具體的計算及信息處理等應用功能；同時通過CAN總線控制與其他控制節點或者功能模塊進行通信。

（圖3）SAJ1000是一個獨立的CAN控制器，它在汽車和普通的工業應用上有先進的特性。它將會替代PCA82C200，特別適合于電子模塊、傳感器、制動器的連接和通用工業應用中。SJA1000在軟件和引腳上都是與它的前一款PCA82C200獨立控制器兼容的。在此基礎上增加了很多新的功能。為了實現軟件兼容，SJA1000有兩種不同的操作模式。

1）Basic CAN模式：好PCA82C200兼容模式，與PCA82C200獨立CAN控制器引腳電氣均兼容。

2）Peli CAN模式：是擴展特性操作的新模式，它能夠處理所有的CAN2.OB定義的幀類型，而且還能夠提供一些增強功能使SJA1000能夠應用于更寬的領域。

82C250是CAN控制器和物理總線之間不可或缺的接口器件，也成為總線驅動器。PCA82C250是CAN控制器和物理總線之間的接口，能夠提供向總線的差動發送能力和cAN控制器的差動接收能力，與ISO/DIS11898保準完全兼容82C250的功能框圖如（圖4）所示：

串行接口電路采用標準RS-232接口芯片MAX202，使用該接口可以使節點在無需網絡連接的情況下也可以進行節點之間互連關系的上傳和下載，同時也可以當作調試的接口。8位撥碼開關用于設定節點的邏輯地址，各個節點就是根據這個邏輯點知進行相互識別。

3、系統軟件設計

（圖5）在系統初始化之后，程序循環查詢傳感器接口、串口和CAN接口。當檢測到傳感器有信號時，程序在打開相應區域的燈光同時也通過CAN總線向其他節點發送該傳感器的信息。其余的控制節點一旦受到該信息就會根據控制方案，打開與該傳感器相關聯的其他區域的燈光。同時上位機檢測界面也會顯示該區域的燈光打開。

4、監控界面的建立

本文采用了北京昆侖通態的MCGS組態軟件，建立的監控界面如（圖6）：

界面上顯示了教室的樓號和教室號和教室內的4個區域的燈光指示燈；同時也包括了教室內的光照強度和時間顯示。手動開關是為了防止出現意外情況的時候燈光不能及時打開。搭配教室現有的視頻監視設備，能夠及時的觀察到教室燈光的使用情況。

5 結束語

本文中設計的教室燈光智能控制系統，能夠有效的防止教室燈光處于長期無人管理的局面，當光照強度達到一定上限值時，各個燈光繼電器不動作，燈光處于關閉狀態。能夠有效地較少工作人員的工作量，并且提高了自動化水平。

參考文獻

[1]最有效的照明節能方法及合理設計，中國節能行業網

[2]張艷雯，教室照明的經濟分析及節能措施，岳陽師范學院學報（自然科學版），2001（2）

[5]許果，基于紅外技術的安防系統設計[J]儀器儀表與檢測技術，2010，29（4）：85-69

[4]劉桃英，CAN總線在分布式生物發酵過程控制系統中的應用，江蘇大學學報