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1、本科毕业论文 题 目：楼宇智能照明控制系统设计 院 （部）： 信息与电气工程学院 专 业： 电气工程与自动化 班 级： 电本 0705 姓 名： 季田田 学 号： 2007082315 指导教师： 李全民 曹丽霞 完成日期： 2011 年 6 月 5 日 目 录 摘 要 V ABSTRACTABSTRACT VI 1 前 言 - 1 - 1.1 选题背景和意义 - 1 - 1.2 课题关键问题及难点 - 2 - 1.3 调研综述 - 2 - 1.3.1 目前国内、国外该项目的研究状况 - 2 - 1.3.2 目前项目的发展趋势 - 3 - 1.4 主要研究内容 - 3 - 2 基于 CAN 总
2、线的系统结构 - 4 - 2.1 CAN 技术简介 - 4 - 2.2 基于 CAN 总线的控制系统网络拓扑结构 - 5 - 2.3 CAN 总线系统的通信方式 - 5 - 2.4 CAN 总线的分层结构 - 6 - 2.5 CAN 总线报文格式与类型 - 7 - 2.5.1 数据帧 - 7 - 2.5.2.远程帧 - 8 - 2.5.3 出错帧 - 8 - 2.5.4 超载帧 - 8 - 2.5.5 错误检测 - 9 - 2.6 本系统结构及特点 - 9 - 3智能照明系统的硬件设计 - 12 - 3.1 系统简介 - 12 - 3.2 CAN 通信接口模块的设计 - 12 - 3.2.1
3、芯片介绍 - 12 - 3.2.2 SJA1000 工作原理 - 14 - 3.2.3 基于 SJA1000 的 CAN 总线硬件接口电路设计 - 15 - 3.2.4 采用 MAX232 芯片接口机与单片机的连接 - 16 - 3.3 控制面板模块的设计 - 16 - 3.3.1 74HC164 芯片说明 - 17 - 3.3.2 显示部分设计 - 18 - 3.3.3 键盘部分设计 - 19 - 3.3.4 基于 74HC164 的中断串行键盘硬件设计 - 20 - 3.3.5 矩阵式键盘的按键识别方法 - 21 - 3.4 智能继电器模块 - 21 - 3.4.1 电压-频率变换器 LM
4、331 的介绍 - 21 - 3.4.2 继电器模块基本原理结构 - 23 - 3.4.3 整流模块设计 - 23 - 3.4.4 V/F 转换器 LM331 模块 - 24 - 3.4.5 光电耦合器 6N137 - 25 - 3.4.6 单片机 AT89C51 模块 - 25 - 3.5 传感器模块 - 27 - 3.5.1 热释电传感器的工作原理 - 27 - 3.5.2 芯片介绍 - 28 - 3.5.3 热释电传感器原理 - 30 - 3.5.4 照度传感器的设计 - 31 - 3.5.5 A/D 转换部分 - 32 - 3.6 调光模块 - 34 - 3.6.1 电子镇流器调光功能
5、的主要实现方法 - 34 - 3.6.2 基于 IR2159 的荧光灯可调光电子镇流器的电路设计 - 35 - 3.6.3 基于 IR21592 的调光电子镇流器 - 37 - 3.7 远程控制模块 - 38 - 3.7.1 芯片介绍 - 38 - 3.7.2 工作原理 - 40 - 3.8 看门狗电路 - 42 - 3.8.1 X5045 芯片引脚及功能介绍 - 43 - 3.8.2 看门狗电路的工作原理 - 44 - 3.8.3 基于 X5045 的复位电路硬件设计 - 44 - 3.9 小结 - 44 - 4.智能照明系统的软件电路设计 - 45 - 4.1 CAN 通信接口模块软件设计
6、 - 45 - 4.2 控制面板模块软件设计 - 47 - 4.3 智能继电器模块软件设计 - 49 - 4.5 调光模块软件设计 - 51 - 4.6 小结 - 52 - 5 结 论 - 53 - 5.1 主要结论 - 53 - 5.2 不足与展望 - 53 - 谢 辞 - 55 - 参考文献 - 56 - 摘 要 随着社会的进步,建筑设计也向着更舒适、安全和节省能源的方向发展。智能照明 系统充分利用电子技术、通信技术和计算机网络技术将建筑物内的各种照明器具有机 的连接在一起，实现有效的管理和控制。智能照明系统正是智能家居的趋势之一。针 对传统照明系统布线麻烦、节能效果差等缺点，我们设计开发
7、了基于 CAN 总线技术的 智能照明系统。系统中的智能灯光节点能够根据外界光强自适应调整自身灯光亮度， 周期性采集室内光强、有无人进出等环境信息，并及时响应用户的控制命令。本文主 要介绍了智能调光系统及设计过程中的关键技术环节,包括 CAN 总线技术的应用，系统 网络设计、智能继电器、控制面板、传感器和红外遥控技术,并描述了智能调光系统的 主要应用。 关键词：CAN 总线；智能继电器；智能调光；红外遥控 Design of Building Intelligent Lighting-Control System ABSTRACT Along with the social progress,
8、the design of building towards a more comfortable, safe and energy-saving direction .To achieve effective management and control of. building ,intelligent lighting system make full use of electronic technology, communication and computer network technology to a variety of lighting fixtures within th
9、e building together organically. Intelligent lighting system is just the trends of intelligent home. We design and development of intelligent lighting systems . based on CAN bus technology , taking into account that it trouble for wiring, and poor energy efficiency drawback in traditional lighting s
10、ystem. Intelligent node in the intelligent lighting system can according to outside light levels adaptive adjustment its light intensity, collected indoor light intensity periodically, testing if there has people in or out and timely response to user control commands. This paper describes the design
11、 of intelligent light system and key techniques in the process, including the CAN- bus technology, the design of network system intelligent relays, control panels, sensors and infrared remote control technology, and describes the major intelligent light system application. Key Words: CAN bus; intell
12、igent relay; intelligent light; infrared remote control 1 前 言 1.1 选题背景和意义 随着信息控制技术的发展, 现代化建筑中的楼宇自控设备和不同功能的系 统越来越多, 越来越复杂。但无论何种建筑, 也不论该建筑的智能化程度有多 高, 照明控制一直在其楼宇自控系统中占据十分重要的位置。目前，我国照明 用电占建筑用电的 20%-30%，该项目是一种基于单片机 89C51 和 CAN 总线的智 能照明系统硬、软件设计。该系统可根据对光强度的不同需求，均匀调节环境 内光照强度， 实现室内照明的人性化、个性化。 传统的控制方法是将被控制的设备
13、用连线引入控制室, 这样不仅造成电力 电缆铺设过多, 增加了投资成本, 而且还大大增加了灯回路的辐射干扰, 对空 间电磁环境造成了污染。智能照明控制系统为现代化建筑楼宇照明提供了新途 径微机型灯光控制系统。它采用网络控制技术,使得照明灯的电力线路可以 不再经过控制室,而直接引入顶棚或马道。这种控制方法不仅可以方便地控制 灯光的亮度, 还减少了电力线路及相应设施投资,减少了灯回路的辐射干扰,而 且可以使灯回路采用母线方式布线,线路规整,便于安装维修。但在目前使用的 微机型灯光控制系统中,由于网络通信大多采用 RS-232、RS-485、20mA 电流 环等通信方式1,因而普遍存在通信距离短、数据
14、传输速度慢、误码率高、可 靠性差等问题2。CAN 总线是现场总线的一种,具有通信速率高、开放性好、 报文短、纠错能力强以及控制简单、扩展能力强、系统成本低等技术特点和一 系列优点。CAN 是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤 维。通信速率可达 1MBPS。其特点有： （1）CAN 总线通信接口集成了 CAN 协议的物理层和数据链路层功能，可 完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先 级判别等工作。 （2）CAN 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对 通信数据块进行编码。CAN 协议采用 CRC 检验并可提供相应的错误处理功能， 保
15、证了数据通信的可靠性。 （3）CAN 总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁 的串行总线以及广播通信的特点。 CAN 总线的微机灯光控制系统就是采用现场总线控制技术3,构成全分散 式微机灯光控制系统,有效地解决了微机型灯光控制系统的不足。CAN 总线所 需的完善的通信协议4可由 CAN 控制器芯片和接口芯片实现, 大大降低了系 统的开发难度、组成成本, 缩短了开发周期。该系统投资少、功能强、可靠性 高、便于扩展, 特别适合大型的智能办公大厦对灯光设备的控制需要。在市场 上具有强劲的竞争力。 1.2 课题关键问题及难点 该课题的关键技术是 CAN 总线技术。CAN（control
16、ler area network） 是一种有效支持分布式实时控制的串行通信网络。CAN 总线控制器可工作于多 种方式，并采用无损结构逐位仲裁竞争方式向总线发布数据( 它废除了站地址 编码，代之以对通信数据进行编码，这可使不同节点同时接收到相同的数据， 使 CAN 总线构成的网络测控节点之间的数据通信实时性更强，并且容易构成 冗余结构，提高系统的可靠性和灵活性( 其次，CAN 总线通过 CAN 控制器接口 芯片 PAC82C250 的 2 个输出端 CANH 和 CANL 与物理总线相连( 当系统有错误 出现多节点同时向总线发送数据时，系统将不会出现总线短路，损坏某些节点 的问题，而且 CAN 节点在错误严重情况下具有自动关闭功能，保证不会出现 RS485 网络中因个别节点出现问题，使得总线处于“ 死锁” 状态。难点在于 采用 CAN 总线技术组网，连接各种类型的照明控制装置，来实现能量管理，实 现照明的定时控制和按需求控制等功能。 1.3 调研综述 1.3.1 目前国内、国外该项目的研究状况 从 20 世纪 60 年代开发了白炽灯、荧光灯、高强度放电灯
