畢業(yè)設計：基于ARM的CAN總線智能照明控制系統(tǒng)設計

1、畢業(yè)設計：基于ARM的CAN總線智能照明控制系統(tǒng)設計 廣西科技大學 籌 畢業(yè)設計論文說明書課題名稱:基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)設計 院 系 電氣與信息工程學院 專 業(yè) 測控技術與儀器 班 級 081班 學 號 202100903072 姓 名 秦宗偉 指導教師 羅功坤 二0一二 年 五 月 二十 日摘 要在本文中詳細的介紹了CAN總線主從節(jié)點的軟硬件設計原理、CAN總線通信原理、以及CAN總線應用層協(xié)議的制定，并采用SD卡存儲技術、TFT彩屏顯示技術、觸摸屏技術等現實了友好的人機界面。在TFT液晶顯示方面是本設計的一大亮點，設計中模擬工業(yè)控制工藝流程圖，對工藝中涉及的總線、燈設備、板卡等

2、進行精心繪制顯示。使整個控制系統(tǒng)結構清晰、形象、逼真。在輸入設備方面是本設計的第二大亮點，本設計采用當前較為先進方便的觸摸屏輸入技術，為用戶提供一個方便易捷的輸入方式，以實現人機交互。燈設備離線檢測功能是本設計的又一大亮點，本設計采用定時詢問方法，實現了從節(jié)點的離線檢測功能?？傊诒驹O計中，主節(jié)點實現了對多個從節(jié)點燈設備的遠程設置和監(jiān)控功能、離線檢測功能、運行通信指示功能、實時更新顯示功能等。從節(jié)點具有獨立設置、控制本節(jié)點燈設備的功能。整體系統(tǒng)運行可靠，通信正常，不出現通信擁堵、死機等現象。并開發(fā)出具有一定應用意義的系統(tǒng)軟硬件，實現了照明燈設備的有效控制。關鍵詞： AbstractThe d

3、esign is intelligent lighting control system . Its based on CAN bus.In the design we use master and slave network node.By The main communication between the master node and multiple slave nodes to make the remote real-time monitoring of lighting equipment successful. The master node uses the ARM7 fa

4、mily NXP LPC2119 microprocessors and integrated to its internal CAN controller and PCA82C250 transceiver design hardware schematic diagram of the master node, and create the hardware circuit board of the master node.The salve node use STC89C52 microcontroller SJA1000 stand-alone CAN controller and P

5、CA82C250CAN bus transceiver design from the node hardware schematic diagram and also create two nodes breadboard.By put the master and slave node experimental circuit board to the main network to constitute a main and some slaves lighting control local area network. U sing the network to research an

6、d experimental testing of the CAN bus lighting control system.In this paper a detailed introduction master and slave node of the CAN bus ,hardware and software design principles, the principle of CAN bus communication, the formulation of the CAN bus application layer protocol, SD card storage techno

7、logy, TFT color display, touch screen technology and other practicalfriendly interface.The TFT LCD is one of the most wonderful of this design.In the design,we simulate industrial control process flow diagram of the bus involved in the process, light equipment, boards, carefully drawing display.And

8、then make the control system more clear image and vivid. Advanced and convenient touch-screen input technology are the second highlights in the design.Because it apply a convenient input to the owners.The third highlights is that Light equipment offline detection. So We use from time to time ask, fr

9、om the node offline detection.In short, in this design, the master node to multiple remote setup and monitoring functions of light equipment from the node offline detection, run communication indicator, updated in real time display.The slave node With independent settings, control the function of th

10、e lamp device of the node from the node. The overall system is reliable, normal communication, the communication congestion, crashes and so on. And develop system software and hardware with a certain significance of application to achieve effective control of the lighting equipment.Keyword: CAN bus；

11、node；Lighting control；TFT；Touch screen technology；SD card目錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 課題背景11.2 現場總線的技術特點和現狀11.3 課題的提出及意義22 系統(tǒng)設計32.1 設計要求32.2 總體設計方案3 設計思路3 方案論證與比擬4.1 主控制器4.2 CAN控制器選擇4.3 CAN收發(fā)器5.4 CAN通信電纜5 系統(tǒng)結構框圖53 硬件設計73.1 系統(tǒng)硬件結構73.2 系統(tǒng)單元電路設計8 主節(jié)點單元電路設計8.1 ARM7最小系統(tǒng)設計8.2 TFT彩屏電路設計9.3 SD卡接口電路設計10.4 CAN總線電

12、路設計10.5 蜂鳴器及ISP下載選擇電路設計12.6 鍵盤電路設計13.7 電源電路設計13.8 串口通信電路設計14 從節(jié)點單元電路設計14.1 單片機最小系統(tǒng)設計14.2 液晶接口電路設計16.3 CAN總線電路設計18.4 鍵盤電路設計21.5 串口通信電路設計224 軟件設計234.1 系統(tǒng)軟件結構23 主節(jié)點軟件結構23 從節(jié)點軟件結構234.2 系統(tǒng)程序模塊設計24 主節(jié)點程序模塊設計24.1 初始化模塊程序設計25.2 CAN協(xié)議模塊設計27.3 TFT液晶顯示模塊設計31.4 觸摸屏模塊程序設計34.5 SD驅動模塊設計35.6 串口驅動模塊設計36.7 蜂鳴器驅動模塊設計3

13、7 從節(jié)點程序模塊設計38.1 初始化程序模塊設計39.2 CAN協(xié)議模塊設計40.3 照明信號數據處理模塊設計41.4 鍵盤掃描及處理模塊設計42.5 照明燈定時控制模塊設計43.6 液晶顯示模塊設計445 系統(tǒng)測試465.1 測試準備46 測試條件46 硬件環(huán)境46 軟件環(huán)境465.2 測試系統(tǒng)46 測試工程46 測試步驟47 測試結果486 結束語52致謝53參考文獻54附錄1 基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)原理圖55附錄2 基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)PCB板圖56附錄3 基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)程序清單581 緒論現場總線是用于現場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散

14、、全數字化、智能、雙向、互聯、多變量、多點、多站的通信網絡，它作為工業(yè)數據通信網絡的根底，溝通了生產過程現場級控制設備之間及其更高控制管理層之間的聯系。由于現場總線適應了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網絡化和智能化的開展趨勢，它一經產生便成為全球自動化技術的熱點。它的出現，導致了目前生產的自動化系統(tǒng)結構和設備的深刻變革。照明是利用各種光源，照亮工作和生活場所或個別物體的措施，利用太陽能和天空光的稱“天然采光，利用人工光源的稱“人工照明。照明控制是對照明使用的質和量的駕馭，對包括人工光源和自然光源在內的各種光源的使用狀態(tài)進行調整，以實現更舒適、更優(yōu)美、更節(jié)能的照明環(huán)境的具體手段。隨著科技的開展和人們物質

15、、精神生活水平的提高，照明不僅僅是滿足人們視覺上明亮的要求，還要滿足藝術性的要求，要創(chuàng)造出豐富多彩的意境，給人們以享受。自1973年世界上發(fā)生了第一次能源危機以來，國際上對照明節(jié)能的逐漸重視起來，并提出了“綠色照明理念，在開展綠色照明工程的過程中照明控制起了非常重要的作用，這也在很大程度上促進了照明控制技術的開展。因此，本課題就是利用高性價比、平安可靠運用廣泛的CAN總線控制網絡與照明設備構成CAN網絡智能照明控制系統(tǒng)。因涉及到相關總線技術，所以先介紹一下其內容。1.2 現場總線的技術特點和現狀 1 系統(tǒng)開放性好 2 具有互可操作性與互用性 3 使現場設備具有智能化和功能自治性 4 系統(tǒng)結構的

16、高度分散性 5 對現場環(huán)境的強適應性 6 系統(tǒng)本錢低、性能高 在20世紀80年代中期，德、法等歐洲國家的一些大公司相繼推出了自己的現場總線產品，同時制定了自己相應的標準。自20世紀90年代后，現場總線技術得到了迅猛的開展，出現了群雄并起、百家爭鳴的局面，全世界開展起來的現場總線已達數十種。但通過實際應用后，這些現場總線產品的優(yōu)缺點也日漸明顯。這幾種現場總線技術已逐漸具有影響力，并在一些特定的應用領域顯示了自己的優(yōu)勢。 CAN局域控制網是目前運用最廣泛的現場總線之一，它是一種多主總線，網絡上任意一個節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，節(jié)點之間有優(yōu)先級之分，因而通信方

17、式靈活；CAN可以點對點、一點對多點成組及全局播送等幾種方式傳送和接收數據；CAN采用非破壞性位仲裁技術，優(yōu)先級發(fā)送，可以大大節(jié)省總線沖突仲裁時間，在重負荷下表現出良好的性能。最早運用于汽車工業(yè)，隨著CAN總線技術的不斷開展，其運用領域也得到不斷的擴展，如今，在機器人、數控技術、自動化儀表、航空工業(yè)等領域，都能看見CAN的影子。1.3 課題的提出及意義自1973年世界上發(fā)生了第一次能源危機以來，國際上對照明節(jié)能的逐漸重視起來，并提出了“綠色照明理念，在開展綠色照明工程的過程中照明控制起了非常重要的作用，這也在很大程度上促進了照明控制技術的開展。傳統(tǒng)的照明控制技術在照明的控制方式上以手動為主，僅

18、能實現簡單的開關控制與調光控制。利用設置在燈具回路的電氣參數電壓、電流、頻率等，實現調光控制。這種傳統(tǒng)的的照明控制方式，功能簡單，布線復雜遠不能滿足當今社會開展的要求。隨著計算機技術、網絡通訊技術、微電子技術、現場總線技術等的開展，利用現場總線智能節(jié)點將照明設備構成局域控制網絡，形成網絡化控制必將成為智能照明控制的開展趨勢。正因為這樣研究現場總線與照明控制相結合的技術，必將是未來開展的需要，因此，有必要研究照明控制在現場總線上的應用。然而，CAN總線又是現場總線的杰出代表之一，因此研究CAN總線對照明的控制有其重大的意義。這不僅促進了智能照明控制技術的開展，也拓寬了現場總線的應用領域。還能實現

19、“綠色照明，節(jié)約能源?？紤]到照明控制技術和現場總線技術的結合構成智能網絡照明控制系統(tǒng)是未來的開展趨勢，因此我們有必要研究基于現場總線局域網絡的智能照明控制技術，本課題正是基于此而提出的基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)設計。本課題主要任務是研究CAN總線在智能照明設備控制系統(tǒng)中的應用，并且開發(fā)出三個智能CAN總線節(jié)點，并利用這三個節(jié)點，搭建CAN總線局域網絡，實現了遠距離多節(jié)點的照明控制方案，設計中采用一個主控節(jié)點，兩個從節(jié)點，通過主控節(jié)點，控制兩從節(jié)點上的兩盞照明燈，照明燈通過AC220V供電，并制作了繼電器控制模塊，實現強電弱電的隔離。并通過長距離20米左右、多節(jié)點聯網控制測試，幾乎滿足實際

20、照明控制系統(tǒng)的所有要求，具有重大的實際應用意義。2 系統(tǒng)設計2.1 此題目要求設計一個基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)。設計中采用主從節(jié)點的網絡設計方案，通過主節(jié)點對各個從節(jié)點的照明燈進行實時監(jiān)控。系統(tǒng)要求設計一個主節(jié)點，多個從節(jié)點，并模擬應用現場，進行試驗研究。主節(jié)點具有實時監(jiān)控各個從節(jié)點照明燈開關時間、狀態(tài)等的功能。在主節(jié)點上，主節(jié)點可以隨時設置所有從節(jié)點開關燈時間及狀態(tài)，從節(jié)點也可以隨時設置本節(jié)點燈設備的開關情況。并且，無論是在哪里改變了照明燈設備的開關狀態(tài)或剩余時間，都能實時的更新主從節(jié)點上的顯示。此外，本系統(tǒng)還具有離線檢測，通訊指示，運行指示等功能。當某從節(jié)點設備人為的從總線上卸下或

21、由于總線局部斷開而造成的節(jié)點離線，都能在主節(jié)點監(jiān)控界面上實時顯示。另外，系統(tǒng)具有通信故障指示，當與主節(jié)點相連的總線斷開時，主節(jié)點將作出相應的通信異常指示。2.2 總體設計方案 設計思路本設計是一個基于CAN總線的現場測控網絡。設計中采用主從式總線型網絡結構，實現主從節(jié)點的信息交流。并且采用CAN總線的雙驗收濾波技術，以保證同時支持CAN總線的點對點通信和播送通信方式，為節(jié)點間的正確通信打下良好根底。系統(tǒng)工作流程如下：首先，在主節(jié)點利用觸摸屏輸入各從節(jié)點燈控制信息，點擊確定后，先依次將各個從節(jié)點的設置信息，以點對點的方式發(fā)送給各個從節(jié)點，緊接著用播送方式將一個啟動燈信號發(fā)送給所有的從節(jié)點，以保證

22、同時啟動所有從節(jié)點燈設備。當從節(jié)點設備接收到燈設置信息和確定信號后，從節(jié)點將接收到的信息進行解包翻譯，并產生照明燈開關控制信號和定時器控制信號以控制燈設備。在正常運行模式 非設置模式 下，主節(jié)點通過不斷向各個從節(jié)點發(fā)送數據請求幀，從節(jié)點只有接收到目標地址為自己節(jié)點號的數據請求幀，才會將本節(jié)點燈設備的開關狀態(tài)和剩余時間發(fā)送給主節(jié)點進行更新顯示，從而實現主節(jié)點對從節(jié)點的實時監(jiān)控。當從節(jié)點將自身的燈控制信息更改后，由于主節(jié)點不斷的向從節(jié)點請求數據，故，各從節(jié)點的燈信息也能在主節(jié)點上動態(tài)更新。對于離線檢測功能的實現，主節(jié)點在規(guī)定的時間內，檢查各個從節(jié)點是否發(fā)送過數據給主節(jié)點，如果沒有發(fā)送過數據，那么認

23、為該從節(jié)點已經斷開了總線的連接即節(jié)點離線。否那么，從節(jié)點在線。在運行指示功能中，當主節(jié)點主程序停止運行那么指示運行不正常。具體實現如下，首先定義一個全局變量WorkCount，在主節(jié)點主程序的while工作循環(huán)中自加，當while循環(huán)執(zhí)行一次，那么該變量增加1，當該變量能到達某設定閾值那么取反運行指示燈狀態(tài)并清零WorkCount后重新自加計數，這樣當主程序還在運行，那么運行指示燈就一直在閃爍。 方案論證與比擬考慮到實際因素的制約，所以不可能考慮高本錢以及在實驗室難以制作的設備，由于照明設備所處的環(huán)境差異較大，有些環(huán)境較為惡劣，在降低本錢的同時還要保證數據通信的可靠性，所以在選擇器件時就應優(yōu)先

24、考慮上述因素。.1 主控制器對于從節(jié)點單片機的選擇，我們采用比擬常用的STC89系列單片機，如STC89C52。選用該型單片機的原因：1從節(jié)點的功能比擬單一，程序量不大，采用該型單片機無須擴展程序存儲器。2起數據采集和輸出控制作用的智能從節(jié)點的數據都會及時發(fā)送出去，需要的本地存儲器容量也不大，采用該型單片機無須擴展數據存儲器；3選用該類型單片機，可以采用由德國的Keil公司生產的，在代碼生成方面處于世界領先地位Keil軟件開發(fā)工具，該開發(fā)工具比擬容易獲得，具有友好的界面，我們也比擬熟悉。它內部具有兼容于MCS-51的頭文件，編程方便，開發(fā)周期短，開發(fā)效率高。故，我們選用STC89C52單片機作

25、為從節(jié)點主控制器。4STC89系列單片機具有較豐富的中斷和計數器資源；指令與MCS51兼容，在軟件編寫上比擬方便。比擬后選擇STC89C52單片機作為智能從節(jié)點主控制器芯片。對于主節(jié)點，由于要保存和處理多個節(jié)點燈設備的數據，需要較大的RAM容量，而為了建立友好的人機界面，還需要彩屏、觸摸屏、SD卡、串口、蜂鳴器、CAN接口電路等外設，程序較為龐大，需要的ROM較大，另外，主節(jié)點需要處理大量的數據，需要較快的運算速度，數據處理中常常要用到乘法運算，為了提高數據運算能力，需要硬件乘法器的支持。然而通常的STC89C52單片機運算速度較慢，RAM和ROM都較小，內部無集成硬件乘法器和CAN控制器等。

26、因此，不選用STC89C52單片機作為主節(jié)點的主控制器。由于LPC2119ARM系列微處理器運行速度較快，內部有16KRAM和128K的Flash存儲器能滿足主節(jié)點的存儲器要求，并且LPC2119內部集成有硬件乘法器和CAN控制器，選用該處理器作為主節(jié)點的住控制器，可以提高可靠性并降低制作本錢，此外，LPC2119處理器功耗較低，就可以了，耗電較少。故，主節(jié)點采用NXP公司生產的LPC2119微處理器作為主控制器。.2 CAN控制器選擇選擇哪種CAN控制器將對整個系統(tǒng)的本錢產生較大的影響。目前市場上CAN控制器分為單片機或DSP內嵌式和獨立式二大類。 1 主節(jié)點CAN控制器選擇由于主節(jié)點選用L

27、PC2119處理器，其內部集成有CAN控制器，故主節(jié)點無需再選有獨立CAN控制器。 2 從節(jié)點CAN控制器選擇考慮到從節(jié)點控制任務簡單，為降低本錢選用常用的STC89C52作為主控制器，其內部無集成的CAN控制器，應選用獨立的CAN控制器芯片。在這里我們采用Philips公司的獨立式CAN控制器SJA1000，目前在國內市場上最熱門，它與單片機的接口簡單，訪問SJA1000就像訪問單片機的外部RAM一樣，操作簡單，方便。而且SJA1000還是一款支持CAN2.0B協(xié)議的CAN控制器芯片，并且其價格也不高，其可采用直列式封裝，制作簡單。因此，我們選擇SJA1000作為從節(jié)點的CAN控制器。.3

28、CAN收發(fā)器對于CAN收發(fā)器，只有PCA82C250最為適合了，盡管有TJA1050，PCA82C252,CF15,Si9200但是PCA82C250在市場應用多，相關的設計較多，因此選擇PCA82C250作為CAN收發(fā)器。.4 CAN通信電纜為了提高CAN總線通信可靠性和抗干擾能力，我們采用雙絞線作為CAN總線通信電纜，雙絞線通過雙絞，減少自身對外界的電磁波輻射，同時也提高了外部電磁波輻射的抗干擾能力，另外，當平行對線傳輸高頻信號時由于兩線之間存在的電容作用，引起信號相位相對滯后，當平行線對雙絞時，就會在線對形成電容的同時形成一個串聯的電感，以抵消電容的影響，從而提高通信可靠性。 系統(tǒng)結構框

29、圖本系統(tǒng)主要采用主從式總線型網絡結構。該網絡結構具有結構簡單、布線容易、本錢低、編程容易等優(yōu)點。系統(tǒng)中由CAN主節(jié)點、多個CAN從節(jié)點、執(zhí)行機構和燈設備等構成。在主節(jié)點上可以設置或監(jiān)視所有從節(jié)點的燈設備的開關燈狀態(tài)及剩余時間。從節(jié)點也可以自行設置本節(jié)點燈的狀態(tài)情況。網絡中可以實現點對點的通信方式以及播送發(fā)送方式，以確保幀信息的正確到達。具體系統(tǒng)總體結構框圖，如圖2.1所示：圖2.1 系統(tǒng)總體結構框圖智能通信節(jié)點主要由單片機處理器、CAN總線控制器和相應的輸入輸出設備三局部組成。首先主節(jié)點將帶有照明控制信號的控制信息通過CAN總線網絡發(fā)送到特定的從節(jié)點，從節(jié)點接收到控制信息后，經過適當的處理，按

30、主節(jié)點控制要求產生特定的照明控制信號，以控制相應的照明設備。從而實現對照明設備的定時開、關控制。以此同時，從節(jié)點不斷的對相應照明燈的開關狀態(tài)、當前剩余時間等數據進行采集，并通過CAN網絡發(fā)送給主節(jié)點顯示，以實現對各照明設備的實時監(jiān)控。另外，照明燈的控制信號可以在照明設備現場的從節(jié)點上設置，也可以在控制室里的主節(jié)點上設置。無論是在哪里改變了照明設備的控制信號，都能實時的刷新主、從節(jié)點上的顯示狀態(tài)。從而使系統(tǒng)控制靈活、方便。3 硬件設計系統(tǒng)硬件結構主要包括主節(jié)點硬件電路結構和從節(jié)點硬件電路結構以及繼電器模塊等。主節(jié)點由LPC2119ARM7處理器、TFT彩色觸摸屏、串口、SD卡、CAN總線驅動電路

31、、蜂鳴器、JTAG接口、獨立式鍵盤、電源電路等模塊組成。主節(jié)點硬件結構圖如圖3.1所示。圖3.1 主節(jié)點硬件結構從節(jié)點由STC89C52單片機、LCM1602液晶模塊、串口、獨立式鍵盤、SJA1000CAN控制器電路、CAN總線驅動電路、繼電器控制電路等模塊組成。從節(jié)點硬件結構圖如圖3.1所示。圖3.2 從節(jié)點硬件結構3.2 系統(tǒng)單元電路設計 主節(jié)點單元電路設計.1 ARM7最小系統(tǒng)設計LPC2119最小系統(tǒng)電路主要由LPC2119ARM7處理器、時鐘振蕩電路、復位電路組成。時鐘振蕩電路采用內給定方式，外接11.0592MHZ晶振與兩個22pF的起振電容，外接晶振與處理器內部的反相器構成振蕩電

32、路產生振蕩時鐘，經PLL鎖相環(huán)鎖相倍頻或旁路PLL后為CPU提供工作時鐘。復位電路采用阻容式復位電路，由于LPC2119微處理器的有效復位信號為低電平，故電容與地連接，電容另一端與復位端口相連，以保證復位端口為高電平，以處在正常工作模式。LPC2119最小系統(tǒng)電路原理圖如圖3.3所示。圖3.3 LPC2119最小系統(tǒng)電路原理圖.2 TFT彩屏電路設計圖3.4 TFT液晶模塊電路原理圖TFT液晶模塊接口電路原理圖是處理器與TFT液晶模塊接口之間的局部電路。其主要由34Pin雙列直插插座和少量電阻電容組成，用于為TFT液晶模塊提供一個插接接口，以使TFT液晶模塊與處理器相連。TFT液晶模塊接口電路

33、原理圖如圖3.5所示。圖3.5 TFT液晶模塊接口電路原理圖.3 SD卡接口電路設計SD卡Secure Digital Memory Card中文翻譯為平安數碼卡，是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數碼相機、個人數碼助理 PDA 和多媒體播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月共同開發(fā)研制。大小猶如一張郵票的SD記憶卡，重量只有2克，但卻擁有高記憶容量、快速數據傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的平安性。SD卡具有兩種操作模式，分別為SD模式和SPI模式。在這里由于LPC2119處理器沒有SD卡接口且SD模式較為復雜，故

34、采用SPI接口模式操作SD卡。當SD卡剛剛連接時，默認工作方式是SD模式，可以先通過SD指令切換至SPI模式。然后再利用SPI總線的操作方法讀寫SD卡。SD卡的管腳CDCS、CMD MOSI 、DATA0 MISO 、CLKSCLK分別于處理器LPC2119的P0.4、P1.17、P1.19、P1.17相連。利用IO口模擬SPI總線操作，讀寫SD卡數據。SD卡接口電路原理圖如圖3.6所示。圖3.6 SD卡接口電路原理圖.4 CAN總線電路設計CAN總線電路主要包括CAN控制器局部和CAN總線驅動局部。其中CAN控制器局部主要集成在LPC2119ARM處理器內部，在這里不做它的硬件介紹。在這里主

35、要詳細介紹CAN總線驅動電路。在本設計中采用由NXP公司生產的應用最為廣泛的CAN總線收發(fā)器PCA82C250，它主要應用于汽車中高速領域，支持ISO-11898標準。PCA82C250是CAN控制器和物理總線間的接口，它提供對總線的差動發(fā)送與接收能力，增大通信距離，提高系統(tǒng)瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾等。其內部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出級對電源、地或負載短路。雖然短路出現時的功耗增加，但不至使輸出級損壞。假設結溫超過大約160，那么兩個發(fā)送器輸出端極限電流將減少，由于發(fā)送器是功耗的主要局部，因而限制了芯片的溫升。器件的所有其他局部將繼續(xù)工作。PCA82C250采用雙線差分驅動，有

36、助于抑制在惡劣電氣環(huán)境下的瞬變干擾。PCA82C250具有以下特性：符合ISO-11898標準。高速率最高可達1Mbps；保護總線能力，具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾；采用斜率控制Slope Control，降低射頻干擾RFI；差分接收器，抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾 EMI ；過熱保護；總線與電源及地之間的短路保護；低電流待機模式。未上電節(jié)點對總線無影響；總線至少可以連接110個節(jié)點。PCA82C250管腳圖如圖3.7所示，管腳功能描述如表3.1所示。表3.1 PCA82C250管腳符號管腳功能描述TXD1發(fā)送數據輸入GND2地VCC3電源電壓RXD4接收數據輸出Vref5參考電壓輸出CANH

37、6低電平CAN電壓輸入/輸出CANL7高電平CAN電壓輸入/輸出Rs8斜率電阻輸入 圖3.7 PCA82C250管腳圖圖3.8 CAN總線驅動電路.5 蜂鳴器及ISP下載選擇電路設計蜂鳴器電路由S8550三極管、蜂鳴器、電阻組成。三極管主要是用作電子開關，用于控制蜂鳴器是否有電流流過。S8550三極管PNP基極通過一個2K的限流電阻連接到LPC2119處理器的P0.2口。當處理器P0.2輸出低電平時，三極管導通，電流從蜂鳴器1管腳流過蜂鳴器，再從三極管發(fā)射極流到集電極地，因此蜂鳴器蜂鳴。當處理器P0.2口輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器無電流流過，停止蜂鳴。蜂鳴驅動電路如圖3.9所示。另外，L

38、PC2119有三種編程方式：使用JATG仿真/調試器，通過JATG接口下載程序。使用系統(tǒng)編程技術 即ISP ,通過UART0接口下載程序。使用在應用編程技術 即IAP ，使用這種方式，可以實現用戶程序運行時對Flash進行擦除或編程。在本設計中采用系統(tǒng)編程技術 即ISP 。在系統(tǒng)剛上電時，系統(tǒng)會首先檢查處理器P0.14管腳是否為低電平，假設是那么進入ISP編程模式，開始下載程序。假設不是那么程序開始從0000H地址開始執(zhí)行。因此設計一個跳線帽JP1供用戶下載程序使用。ISP下載模式選擇電路如圖3.10所示。圖3.9 蜂鳴器驅動電路 圖3.10 ISP下載模式選擇電路.6 鍵盤電路設計在本設計中

39、采用獨立鍵盤，獨立式鍵盤無論是在硬件還是軟件的設計上都是相對簡單的。由于本設計要求的按鍵數量不多，采用獨立式鍵盤較為合理。該鍵盤電路較為簡單，主要由按鍵和上拉電阻組成。在按鍵尚未按下的情況下，處理器檢測到其輸入的是高電平，當按鍵按下后，輸入為低電平，處理器就是通過檢測其輸入的是高電平還是低電平來判斷按鍵是否按下的。當然，在程序中還要進行消抖、識鍵、譯鍵等操作。鍵盤電路原理圖如圖3.11所示。圖3.11 鍵盤電路原理圖.7 電源電路設計在本系統(tǒng)中由于需要使用到+5V、+3.3V、+1.8V電源，故在此設計中包括三個電源模塊，另外再增加一個電源指示局部。首先，將外部電源適配器輸出的直流9V電壓經過

40、開關S1和二極管D1輸入系統(tǒng)，通過穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓成+5V直流電。再將+5V直流源分別輸入到穩(wěn)壓器AMS1117-3.3和AMS1117-1.8分別穩(wěn)壓輸出+3.3V和+1.8V電源為處理器等供電。其中，二極管D1用于防止電源反接損壞系統(tǒng)，發(fā)光二極管D2用于供電指示。系統(tǒng)電源電路原理圖如圖3.12所示。圖3.12 電源電路原理圖.8 串口通信電路設計串口通信電路主要采用由SIPEX公司生產的SP3232EEA芯片和少量的電容構成，主要是用于程序的燒寫以及在開發(fā)程序中用于程序的調試。SP3232EEA用于實現TTL電平與RS232電平的轉換，只要在它的外部接上幾個簡單的電容就夠成了通信電路

41、。串口通信電路原理圖如圖3.13所示。圖3.13 串口通信電路原理圖 從節(jié)點單元電路設計.1 單片機最小系統(tǒng)設計從節(jié)點主控制器采用的是STC89C52 單片機，它含有128字節(jié)數據存儲器，內置8K 的電可擦除FLASH ROM，可重復編程，大小能滿足CAN總線照明控制系統(tǒng)智能從節(jié)點的軟件設計要求。其最小系統(tǒng)電路原理圖如圖3.14所示。該單片機最小系統(tǒng)主要包括復位電路、時鐘振蕩電路、外部接口等。下面將詳細講解上述各個局部。圖3 .14 STC89C52最小系統(tǒng)電路原理圖復位電路：在本設計中采用硬件比擬簡單的容阻式復位電路。該電路具有上電復位與按鍵復位功能。其電路結構如圖3.14所示，在單片機上電

42、之前，電容C2上下兩端的電位都為0V,故電容電壓Uc2 0V;在上電后，電容C2上端電位為+5V,由于電容上的電壓不能突變，故仍為Uc2 0V；所以，電容C2下端電位為+5V，此時，復位端RST為高電平，單片機開始復位。由于復位端與GND之間跨接了1個10K電阻，故有電流流過R4，最后RST管腳變?yōu)榈碗娖?，單片機恢復正常工作模式。按鍵復位時，當S1閉合后，電容C2旁路掉，復位端RST為高電平，單片機復位，按鍵S1松開后，RST為低電平，單片機又回到了正常工作模式。時鐘振蕩電路：STC89C52單片機時鐘電路有兩種方式。由單片機外部的獨立振蕩電路產生的時鐘信號，通過單片機XTAL1管腳輸入，再經

43、12分頻后，給單片機提供工作時鐘信號。通過外接晶振和2個30pF的起振電容，與單片機內部的反相器構成振蕩電路，產生振蕩信號，經12分頻后，為單片機提供工作時鐘信號。在這里采用了方式2，獲得時鐘振蕩信號。外部接口：CAN控制器SJA1000的數據口和液晶LCD1602A的數據線復用，同時與單片機的P0口相連，SJA1000 CAN控制器的片選端CS、復位端RST、地址鎖存端ALE、中斷信號輸出端/INT分別與單片機的P2.7、P2.3、ALE、/INT1相連。.2 液晶接口電路設計液晶顯示電路主要采用，基于ST7920控制器的液晶模塊SMC1602A及相應的簡單電子器件構成。SMC1602A液晶

44、模塊外形尺寸如圖3.15所示；SMC1602A液晶接口電路原理圖如圖3.16所示。其中，液晶SMC1602A具有16條口線，具有可選擇的4位、8位位流處理能力，采用4或8位并行數據傳送，傳送速度快。SMC1602A液晶模塊引腳功能描述如表3.2所示。表3.2 SMC1602A液晶模塊引腳功能描述編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4Data I/O4RS數據/命令選擇端 H/L 12D5Data I/O5R/W讀/寫選擇端 H/L 13D6Data I/O6E使能信號14D7Data I/O7D

45、0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負極圖3.15 SMC1602A液晶外形尺寸圖3.16 液晶顯示電路圖3.17 SMC1602A液晶讀操作時序圖圖3.18 SMC1602A液晶寫操作時序圖.3 CAN總線電路設計本文中所設計的CAN總線智能通信從節(jié)點，采用STC89C52作為節(jié)點的微處理器。在CAN總線通信接口中，采用NXP公司的SJA1000用于實現CAN總線通信協(xié)議，將單片機中的上層數據按照CAN總線幀格式打包并發(fā)送出去，同時將接收到的數據進行解包緩存供單片機讀取。此外，SJA1000還具有數據校驗、驗收濾波、總線監(jiān)聽等功能?？傊甋JA1000是

46、CAN總線通信得以進行的核心部件，是CAN總線協(xié)議的實現者。 為了能夠更好的理解CAN總線控制器接口電路，我們首先來介紹一下SJA1000這個獨立的CAN通信控制器。SJA1000是NXP公司的PCA82C200CAN控制器的替代產品。SJA1000具有Intel模式和Motorola模式是專為支持多種微處理器的時序特性而設計的，另外還具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作方式 , PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN 2.0B協(xié)議。SJA1000的引腳圖如圖3.19所示,管腳功能說明如表3-3所示。圖3.19 SJA1000引腳圖SJA1000在軟件和引腳上都是與它的前一款

47、PCA82C200獨立CAN控制器兼容的，并且在此根底上增加了很多新的功能。為了實現軟件兼容，SJA1000 采用了兩種工作方式BasicCAN方式PCA82C200兼容方式和PeliCAN方式擴展特性方式 。工作方式通過時鐘分頻存放器中的CAN方式位來進行選擇。SJA1000 的主要新功能如下：標準結構和擴展結構報文的接收和發(fā)送64字節(jié)的接收FIFO標準和擴展幀格式都具有單/雙接收濾波器含接收屏蔽和接收碼存放器可進行讀/寫訪問的錯誤計數器可編程的錯誤報警限制最近一次的錯誤代碼存放器每一個CAN總線錯誤都可以產生錯誤中斷具有喪失仲裁定位功能的喪失仲裁中斷單發(fā)方式當發(fā)生錯誤或喪失仲裁時不重發(fā)只聽

48、方式監(jiān)聽CAN總線無應答無錯誤標志支持熱插拔無干擾軟件驅動位速率檢測硬件禁止CLKOUT輸出表3.3 SJA1000引腳功能SJA1000引腳功能符號引腳功能AD0 -AD72,1,28 23地址/數據復用總線ALE3地址鎖存信號Intel方式或 使能信號Motorola 方式/CS4片選信號輸入端，低電平允許訪問SJA1000/RD5微控制器的讀信號Intel 方式或E 信號Motorola 式/WR6微控制器的寫信號Intel 方式或讀寫信號Motorola 方式CLKOUT7時鐘信號輸出口，由SJA1000內部振蕩器經可編程分頻器得到的時鐘信號經CLKOUT端口輸出供外部電路使用。可編程

49、禁止輸出。VSS18邏輯電路地XTAL19振蕩放大器輸入，外部振蕩放大器信號經此引腳輸入XTAL210振蕩放大器輸出，使用外部振蕩信號時此引腳必須開路MODE11方式選擇輸入端：1 Intel 方式，0 Motorola 方式VDD312輸出驅動器5V 電源TX013由輸出驅動器0 至物理總線的輸出端TX114由輸出驅動器1 至物理總線的輸出端VSS315輸出驅動器地/INT16中斷輸出端，用于向微控制器提供中斷信號/RST17復位輸入端，用于重新啟動CAN 接口 低電平有效 VDD218輸入比擬器5V 電源SJA1000引腳功能符號引腳功能RX0 RX119 20由物理總線至SJA1000輸

50、入比擬器的輸入端。顯性電平將喚醒處于睡眠方式的SJA1000 。當RX0高于RX1時，讀出為隱性電平，否那么為顯性電平VSS221輸入比擬器地VDD122邏輯電路5V 電源SJA1000 CAN總線通信控制器接口電路如圖3.20所示，SJA1000的數據線AD0AD7與STC89C52單片機的數據線P0口相連。片選線CS與STC89C52的最高位地址線P2.7相連，當CPU對片外存儲器地址操作時可選中SJA1000，CPU通過這些地址可對SJA1000執(zhí)行相應的讀寫操作。SJA1000的RD、WR、ALE分別與單片機STC89C52的對應引腳相連，INT與STC89C52的外部中斷1相連。通過

51、SJA1000的中斷信號，觸發(fā)STC89C52單片機去處理相應的事務 如：提取SJA1000接收緩沖區(qū)中的數據 。SJA1000的發(fā)送、接收總線上拉了兩個LED通信指示燈，用于指示CAN總線通信是否成功，方便、直觀地發(fā)現通信故障，利于故障檢測與維修。圖3.20 SJA1000接口電路原理圖PCA82C250是一款由NXP公司生產的CAN總線收發(fā)器。它是CAN控制器和物理總線間的接口，它可以提供對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力，增大通信距離，提高系統(tǒng)瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾等。其內部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出級對電源、地或負載短路。另外，如圖3.21所示在PCA

52、82C250與CAN總線的接口局部也采用了一定的平安和抗干擾措施。PCA82C250的CANH和CAHL引腳各自通過1個5的電阻與CAN總線相連。電阻可起到一定的限流作用，保護PCA82C250免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯了2個30pF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。PCA82C250的Rs腳上接有一個斜率電阻，電阻大小可根據總線通信速度適當高調整，一般在16140k之間。PCA82C250 CAN收發(fā)器電路原理圖如圖3.21所示。圖3.21 CAN總線驅動電路原理圖.4 鍵盤電路設計.5 串口通信電路設計圖3.23 串口通信電路4 軟件設計系

53、統(tǒng)軟件采用廣泛流行的計算機高級語言C語言編寫，它具有語言簡潔、緊湊，生成目標代碼質量高、程序執(zhí)行效率高，容易閱讀、具有很好的移植性，具有較強的結構性和便于模塊化設計等優(yōu)點。在本系統(tǒng)軟件設計中采用模塊化的設計思想，按照系統(tǒng)的功能作用進行模塊劃分，再依次對各功能模塊進行編程設計。這樣使系統(tǒng)在添加新功能時變得非常容易，在建立復雜應用和提高代碼的可讀性、可重復利用性方面也是非常有益的。特別是在對后續(xù)的產品更新、程序維護、升級等有極其重要的意義。本系統(tǒng)軟件結構主要包括主節(jié)點軟件結構和從節(jié)點軟件結構兩局部。 主節(jié)點軟件結構主節(jié)點是整個CAN總線智能照明控制系統(tǒng)的核心單元，它管理了多達110個從節(jié)點燈設備，

54、它要求具有強大的數據存儲、運算處理能力和友好的人機界面。因此，主節(jié)點的軟件結構設計的好壞以及其程序模塊的劃分是否得當，將會直接地影響著整個照明控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。因此，合理規(guī)劃主節(jié)點的軟件結構和模塊劃分是非常有意義的。在本設計中，經過精心的設計規(guī)劃，將主節(jié)點系統(tǒng)軟件劃分為七大模塊，它們分別為：系統(tǒng)初始化模塊、CAN協(xié)議模塊、TFT液晶顯示模塊、SD卡驅動模塊、UART驅動模塊、觸摸屏鍵盤掃描模塊以及蜂鳴器驅動模塊。主節(jié)點軟件結構如圖4.1所示：圖4.1 主節(jié)點軟件結構 從節(jié)點軟件結構從節(jié)點是單個照明設備單元的控制中心，照明燈設備執(zhí)行器的開關動作以及照明設備開關燈的時間長短完全取決于從節(jié)點的控制

55、。因此，照明設備是否正常工作直接取決于從節(jié)點的軟件設計。合理劃分從節(jié)點的程序模塊，能夠有效提高軟件的健壯性。經過仔細思考后將從節(jié)點軟件劃分為六大模塊，它們分別為：系統(tǒng)初始化模塊、CAN協(xié)議模塊、照明控制信號數據處理模塊、鍵盤掃描及處理模塊、照明燈定時控制模塊以及LCD液晶顯示模塊。從節(jié)點軟件結構如圖4.2所示：圖4.2 從節(jié)點軟件結構4.2 系統(tǒng)程序模塊設計 主節(jié)點程序模塊設計由圖4.1可知，主節(jié)點系統(tǒng)程序主要由七大模塊構成，它們分別是：系統(tǒng)初始化模塊、CAN協(xié)議模塊、TFT液晶顯示模塊、SD卡驅動模塊、UART驅動模塊、觸摸屏鍵盤掃描模塊以及蜂鳴器驅動模塊。然而，節(jié)點主程序是這些程序模塊的調

56、用者，是實現主節(jié)點功能的途徑，所以其他程序模塊的設計，目的都是為了效勞于主程序，以實現主節(jié)點監(jiān)控從節(jié)點燈設備的功能。如圖4.3所示是主節(jié)點的主程序流程圖。首先，初始化主節(jié)點硬件設備如：TFT彩屏、SD卡、CAN控制器、中斷系統(tǒng)等，接著顯示監(jiān)控界面1，然后進入一個無限的工作循環(huán)。在工作循環(huán)中，處理如下工作，先判斷當前模式是不是進入了燈設置模式，如果是那么停止向從節(jié)點發(fā)送數據請求幀。假設不處在燈設置模式，那么依次向各個從節(jié)點發(fā)送數據請求幀，請求從節(jié)點返回其燈數據。接著，判斷是否有觸摸按鍵按下，假設有那么作出相應的按鍵處理并刷新顯示，最后檢測主節(jié)點的運行、通信狀況和對從節(jié)點是否離線的檢測。這樣主節(jié)點就處理完成所有的從設備監(jiān)測、設置、離線檢測、運行指示、通信指示等主要功能。圖4.3 主節(jié)點主程序流程圖.1 初始化模塊程序設計在主節(jié)點軟件結構中，系統(tǒng)初始化程序是系統(tǒng)能夠正常工作的根底，是系統(tǒng)在進入工