教室照明的CAN總線檢測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書（論文）PAGE遼寧工業(yè)大學(xué)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：教室照明的CAN總線檢測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)院（系）：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：（簽字）起止時(shí)間：2013.12.18-2013.12.27

課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告的內(nèi)容及其文本格式1、課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告要求用A4紙排版，單面打印，并裝訂成冊(cè)，內(nèi)容包括：①封面（包括題目、院系、專業(yè)班級(jí)、學(xué)生學(xué)號(hào)、學(xué)生姓名、指導(dǎo)教師姓名、、起止時(shí)間等）②設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)及評(píng)語③中文摘要（黑體小二，居中，不少于200字）④目錄⑤正文（設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、研究報(bào)告、研究論文等）⑥參考文獻(xiàn)2、課程設(shè)計(jì)（論文）正文參考字?jǐn)?shù)：2000字周數(shù)。3、封面格式4、設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語格式5、目錄格式①標(biāo)題“目錄”（小二號(hào)、黑體、居中）②章標(biāo)題（四號(hào)字、黑體、居左）③節(jié)標(biāo)題（小四號(hào)字、宋體）④頁碼（小四號(hào)字、宋體、居右）6、正文格式①頁邊距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，頁眉1.5cm，頁腳1.75cm，左側(cè)裝訂；②字體：一級(jí)標(biāo)題，小二號(hào)字、黑體、居中；二級(jí)標(biāo)題，黑體小三、居左；三級(jí)標(biāo)題，黑體四號(hào)；正文文字，小四號(hào)字、宋體；③行距：20磅行距；④頁碼：底部居中，五號(hào)、黑體；7、參考文獻(xiàn)格式①標(biāo)題：“參考文獻(xiàn)”，小二，黑體，居中。②示例：（五號(hào)宋體）期刊類：[序號(hào)]作者1,作者2,……作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:頁次.圖書類：[序號(hào)]作者1,作者2,……作者n.書名.版本.出版地:出版社，出版年:頁次.本科生課程設(shè)計(jì)（論文）PAGE21課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：自動(dòng)化學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目教室照明的CAN總線檢測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能為避免高校教學(xué)樓教室照明用電的浪費(fèi)現(xiàn)象，合理的開關(guān)控制，設(shè)計(jì)CAN總線的教室照明的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)。設(shè)計(jì)硬件包括總線控制器、總線收發(fā)器及ATMEL系列單片機(jī)及選擇傳感器等。軟件采用匯編語言或C語言，并調(diào)試與分析。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、確定設(shè)計(jì)方案，畫出方案框圖。2、節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)，包括元器件選擇。3、畫出節(jié)點(diǎn)的原理圖。4、繪出程序流程圖，并編寫初始化、接收及發(fā)送程序。5、要求認(rèn)真獨(dú)立完成所規(guī)定的全部?jī)?nèi)容；所設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求正確、合理。6、按學(xué)校規(guī)定的格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份；設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)1、符合CAN2.0B規(guī)范；2、設(shè)定速率250Kbit/s；3、可擴(kuò)充110個(gè)節(jié)點(diǎn)；4、照度：300LX進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（2天）2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及模塊選擇（3天）3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及編寫功能程序及調(diào)試（3天）4、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天）5、驗(yàn)收及答辯。（1天））指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)：論文質(zhì)量：答辯：總成績(jī)：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績(jī)：平時(shí)20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計(jì)算

摘要為避免高校教學(xué)樓教室照明用電的浪費(fèi)現(xiàn)象，合理的開關(guān)控制，分析了教室燈光能控制的原理和實(shí)現(xiàn)方法，提出了教室照明的CAN總線檢測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)思路。并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了控制系統(tǒng)的硬件裝置和相應(yīng)軟件。該系統(tǒng)以AT89C52為核心的CAN節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)，采用熱釋紅外人體傳感器檢測(cè)人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度，根據(jù)教室合理開燈的條件，系統(tǒng)通過對(duì)人體的存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)的識(shí)別和智能判斷，完成對(duì)教室照明回路的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。采用了PHILIPS公司生產(chǎn)的控制器局域網(wǎng)的高度集成的通信控制器SJA1000和82C250作為收發(fā)器的CAN總線接口電路，給出設(shè)計(jì)流程圖，單片機(jī)軟件采用匯編語言編制，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、條理清晰、通用性好，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。該系統(tǒng)具有體積小，控制方便，可靠性高，專用性強(qiáng)，性價(jià)比合理等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足各類大、中專院校教室燈光控制的要求，很大程度的達(dá)到節(jié)能目的。關(guān)鍵詞：CAN總線；AT89C52；SJA1000；傳感器目錄TOC\o"1-3"\f\h\z32417第1章緒論 117331第2章課程設(shè)計(jì)的方案 2151342.1CAN總線技術(shù)特點(diǎn) 249672.2CAN總線在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 2224312.3系統(tǒng)控制方案的分析 318868第3章硬件設(shè)計(jì) 413863.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 4291403.1.1單片機(jī)的選擇 434913.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 561473.2教室光照強(qiáng)度檢測(cè) 5112163.3熱紅外傳感器的選擇 7199053.4CAN接口電路 9178463.4.1總線控制器的選擇 983633.4.2CAN總線通訊接口電路 10293763.4.3驅(qū)動(dòng)接口電路 11322603.4.4傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖 122520第4章軟件設(shè)計(jì) 13120864.1程序流程圖設(shè)計(jì) 13269434.2SJA1000初始化程序流程圖 14283304.3發(fā)送程序流程圖 1628170第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié) 18627參考文獻(xiàn) 19緒論現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。它的出現(xiàn)與發(fā)展，為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的支持。CAN是一種有效支持分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，較傳統(tǒng)的分布式控制而言，具有明顯的優(yōu)越性。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)的進(jìn)步越來越依賴于資源的開發(fā)與利用，然而與日俱增的能源需求和有限的資源數(shù)量形成了巨大的矛盾,能源短缺問題日益突出，成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。在尋找替代品、提高能源利用率和節(jié)約能源等幾種緩解能源危機(jī)的途徑中，節(jié)能無疑是符合可持續(xù)發(fā)展要求。中國(guó)城市每年用于公共照明的能源支出高達(dá)280多億，節(jié)能空間巨大。其中路燈照明能耗占30%以上，發(fā)展城市道路照明的同時(shí)，路燈以供街道照明以外，還大力興建了不少景觀照明工程，美化城市的夜景，但同時(shí)也帶來了能耗的極大浪費(fèi)。對(duì)高等院校，據(jù)測(cè)算，其照明耗電占本單位所有耗電的40%左右，可見在保證照明質(zhì)量的前提下，對(duì)教室燈光進(jìn)行自動(dòng)控制，其節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益都是相當(dāng)可觀的。目前對(duì)燈光的智能控制，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始采用，但針對(duì)教室燈光的控制智能系統(tǒng)還不是很完善，依然是人工管理占主導(dǎo)地位。現(xiàn)在伴隨各類大、中專院校的擴(kuò)招，教學(xué)樓不斷擴(kuò)建，教室用電負(fù)荷不斷加大，教室用電系統(tǒng)管理不善，造成學(xué)校資源的浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)損失，這種做法顯然與當(dāng)今節(jié)約能源的理念相違背。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和以其為核心的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT顯示技術(shù)越來越深入的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和變革，逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線就是順應(yīng)這一趨勢(shì)發(fā)展起來的。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的不斷發(fā)展和世界很多大公司連續(xù)的技術(shù)投入，而現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性等方面取得了突破性的進(jìn)展。該系統(tǒng)闡述了一個(gè)通用的CAN總線檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，是在現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中分布于現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)子系統(tǒng),能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與閉環(huán)控制，給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及控制模塊硬件設(shè)計(jì)方案，并簡(jiǎn)單介紹了網(wǎng)絡(luò)通訊和控制軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程。CAN總線控制器可工作于多種方式，并采用無損結(jié)構(gòu)逐位仲裁競(jìng)爭(zhēng)方式向總線發(fā)布數(shù)據(jù)。它廢除了站地址編碼，代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這可使不同節(jié)點(diǎn)同時(shí)接受到相同的數(shù)據(jù)，使CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

課程設(shè)計(jì)的方案CAN總線技術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)單地說，CAN總線網(wǎng)絡(luò)傳輸就像郵電系統(tǒng)一樣，它并不關(guān)心每封信的內(nèi)容，而只注重傳輸規(guī)則。其規(guī)則為每封信都包含一個(gè)數(shù)據(jù)頁，數(shù)據(jù)頁最多包含8個(gè)數(shù)據(jù)行。每次進(jìn)行投遞時(shí)，只有最小的ID號(hào)的信發(fā)至網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)上所有的模塊都能接收，較大的ID號(hào)的信可能經(jīng)過幾次重試才能發(fā)送出去。CAN總線是一種支持分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的串行通信局域網(wǎng)。由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。CAN總線與其它通信網(wǎng)的不同之處有二：一是報(bào)文傳送中不包含目標(biāo)地址，它是以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ)，各接收站根據(jù)報(bào)文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標(biāo)識(shí)符過濾報(bào)文，該收的收下，不該收的棄而不用。其好處是可在線上網(wǎng)下網(wǎng)、即插即用和多站接收；二是特別強(qiáng)化了對(duì)數(shù)據(jù)安全性的關(guān)注，滿足控制系統(tǒng)及其它較高數(shù)據(jù)要求的系統(tǒng)需求。CAN具有以下主要技術(shù)特性：（1）CAN遵從ISO/OSI模型，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層與應(yīng)用層。采用雙絞線，通信速率最高可達(dá)到1MbpS/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/5kbpS，同一段總線內(nèi)最多可掛接110個(gè)設(shè)備。（2）CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)。因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能，切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上其它節(jié)點(diǎn)不受影響，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。（3）CAN支持多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任何時(shí)候主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。由于CAN總線是一種很有發(fā)展前景的現(xiàn)場(chǎng)總線，得到了國(guó)際上很多大公司的支持。其硬件接口簡(jiǎn)單,編程方便，系統(tǒng)容易集成?；贑AN總線的以上特點(diǎn)，它特別適用于系統(tǒng)分布比較分散、實(shí)時(shí)性要求高、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾大的場(chǎng)合。CAN總線在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)目前使用的微機(jī)型燈光控制系統(tǒng)中，其網(wǎng)絡(luò)通信大多采用RS-232、RS-485、20mA電流環(huán)等通信方式，普遍存在通信距離短，數(shù)據(jù)傳輸速度慢，誤碼率高，可靠性差等問題，在微機(jī)燈光控制系統(tǒng)中引入開放系統(tǒng)互連的通信網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)場(chǎng)總線就能解決以上問題，這是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)本身的特點(diǎn)決定的。按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC61158F的標(biāo)準(zhǔn)定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)化控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”。簡(jiǎn)單的說就是從控制室連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向全數(shù)字通信總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)，它被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)單地概括現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn)是：信號(hào)傳輸全數(shù)字、控制功能全分散、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一全開放。系統(tǒng)控制方案的分析所研制的控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)。需要對(duì)教室里的人和光照進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和鑒定，得到的信號(hào)輸入單片機(jī)AT89C52，經(jīng)過處理反饋給CAN接口，由CAN接口實(shí)施通信和控制。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時(shí)，無論人是否存在，都不開燈；在自然環(huán)境光較弱時(shí)，有人存在且超過一定時(shí)間，控制器自動(dòng)打開電燈，直到人離開后再延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)燈。本文所研究的教室燈光控制器主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到教室照明CAN總線控制?？傮w結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示：圖2.1總體結(jié)構(gòu)框圖硬件設(shè)計(jì)考慮到本系統(tǒng)所安裝的環(huán)境影響因素比較多，且教室控制設(shè)備中的人體存在傳感器、光敏三極管等經(jīng)常會(huì)因環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計(jì)過程中，電子元器件的選用、線路布置和設(shè)備的安放要充分考慮到抗干擾問題。單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1單片機(jī)的選擇本系統(tǒng)的采用Atmel公司的AT89C52作為主控芯片，它是一種低功耗，8位高性能CMOS工藝處理器，具有8K在線可編程Flash存儲(chǔ)器，片內(nèi)的Flash可多次編程，為在線編程提供了方便。片內(nèi)有128字節(jié)的RAM,4KB的EEPROM，由于合理的安排使用片內(nèi)RAM空間，所以沒有擴(kuò)展的片外RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷。因?yàn)樵O(shè)備的設(shè)置參數(shù)是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更改的，又要求是斷電能夠保存下來，所以本設(shè)備用一片EEPR0M來存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。兼容MCS51指令系統(tǒng)·8k可反復(fù)擦寫(>1000次）FlashROM·32個(gè)雙向I/O口·256x8bit內(nèi)部RAM·3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷·時(shí)鐘頻率0-24MHz·2個(gè)串行中斷·可編程UART串行通道·2個(gè)外部中斷源·共6個(gè)中斷源·2個(gè)讀寫中斷口線·3級(jí)加密位·低功耗空閑和掉電模式·軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89C52單片機(jī)、復(fù)位電路，晶振時(shí)鐘電路組成，如圖3.1所示：圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)說明:①?gòu)?fù)位電路：由電容，電阻構(gòu)成，若要復(fù)位只需按“S1”鍵，此電源VCC經(jīng)電阻分壓，在RESET端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平；②振蕩電路：典型的晶振頻率為11.0592MHz/12MHz；教室光照強(qiáng)度檢測(cè)常見的環(huán)境光采集器件光電傳感器有光敏二極管和光敏三極管，光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類似。不同之處是光敏三極管必須有一個(gè)對(duì)光敏感的PN結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)作為受光結(jié)，因此，光敏二極管實(shí)質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的普通二極管。光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。當(dāng)人射光子在基區(qū)及集電區(qū)被吸收而產(chǎn)生電子一空穴對(duì)時(shí)，便形成光生電壓。由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了β倍的信號(hào)電流。因此，光敏三極管是一種相當(dāng)干將基極、集電極光敏二極管的電流加以放大的普通晶體管放大。也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。當(dāng)具有光敏特性的PN結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于β倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。根據(jù)需求，選用靈敏度較高的光敏三極管。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。在無光照時(shí)三極管的穿透電流很小，為暗電流Iceo有光照時(shí)，產(chǎn)生的Ib增大，成為光電流Ie。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。因此光敏三極管靈敏度高，而且體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，金屬玻璃封裝的器件，具有玻璃表面耐磨性好、光潔度高、耐焊接、耐高低溫性能好等。環(huán)境光采集電路原理圖如圖3.2所示。當(dāng)自然光強(qiáng)大于一定程度時(shí)，光敏三極管Q1呈現(xiàn)底阻狀態(tài)小于1K，三極管Q2的基極電壓升高，Q2管飽和導(dǎo)通，集電極輸出低電平。當(dāng)自然光強(qiáng)小于一定程度時(shí)，光敏三極管Q1呈現(xiàn)高阻狀態(tài),100K，使三極管Q2截止，集電極輸出高電平。其中可變電阻R可調(diào)節(jié)，調(diào)R阻值的大小，使Q2三極管受環(huán)境光影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。圖3.2環(huán)境光采集電路原理圖熱紅外傳感器的選擇自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外線，利用紅外傳感器可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動(dòng)紅外傳感器。與量子型相比，響應(yīng)的紅外線波長(zhǎng)范圍較寬，價(jià)格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點(diǎn)相反，而且要求冷卻條件。因此本系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器RD-622。熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾，該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式，該電阻阻抗高達(dá)104M歐姆，故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式(即源極跟隨器)來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。圖3.3雙探測(cè)元熱釋電紅外傳感器圖3.3是一個(gè)雙探測(cè)元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時(shí)D端接電源正極，G端接電源負(fù)極，S端為信號(hào)輸出。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測(cè)元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)償。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過熱釋電紅外傳感器之后，產(chǎn)生的波形不能為單片機(jī)所接受，中間必須有一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)電路。本系統(tǒng)采用BISS0001集成電路可將傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的高低電平，其電路原理圖如圖3.4所示：圖3.4熱釋電信號(hào)調(diào)節(jié)電路BISS0001芯片的特點(diǎn)是：(1)CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。(2)具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號(hào)與處理。(3)雙向鑒幅器，可有效抑制干擾。(4)內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)節(jié)范圍寬。(5)內(nèi)置參考電壓。BISS0001芯片的引腳圖如圖3.5所示，各引腳的定義和功能如下：VDD——工作電源正端。范圍為3~5V。VSS——工作電源負(fù)端。一般接0V。IB——運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。經(jīng)RB接VSS端，RB取值為1M左右。1N-——第一級(jí)運(yùn)放放大器的反相輸入端。1IN+——第一級(jí)運(yùn)放放大器的同相輸入端。1OUT——第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。2IN-——第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸出端。2OUT——第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。VC——觸發(fā)禁止端。當(dāng)VC<VR時(shí)禁止觸發(fā)；當(dāng)VC>VR時(shí)允許觸發(fā)。VR≈0.2VDD。VRF——參考電壓及復(fù)位輸入端。一般接VDD。接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位。A——可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)控制端。當(dāng)A=“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)，當(dāng)A=“0”時(shí)，不可重復(fù)觸發(fā)。Vo——控制信號(hào)輸出端。由Vs上跳邊沿觸發(fā)使Vo從低電平跳變到高電平時(shí)為有效觸發(fā)。在輸出延時(shí)間TX之外和無Vs上跳變時(shí)Vo為低電平狀態(tài)。圖3.5BISS0001外引線連接圖熱釋電紅外傳感器采集到的信號(hào)首先由BISS0001芯片在不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下經(jīng)一、二級(jí)運(yùn)算放大器、雙向鑒幅器、延時(shí)器等處理后變成比較標(biāo)準(zhǔn)的高低電平后，將此標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接到單片機(jī)上的P1口上，并對(duì)相應(yīng)引腳通過軟件方法對(duì)引腳信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)來確定教室是否有人。CAN接口電路3.4.1總線控制器的選擇目前廣泛流行的CAN總線器件有兩大類：一類是獨(dú)立的CAN控制器，如82C200、SJA1000及In-tel82526/82527等；另一類是帶有在片CAN的微控制器，如P8XC582及I6位微控制器87CI96CA/CB等。本設(shè)計(jì)選取PHILIPS公司的SJA1000CAN控制器以及82C250總線收發(fā)器，主要是考慮到SJA1000支持CAN2.0A/B規(guī)約，而82C250可以支持110個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，并且國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上PHILIPS的產(chǎn)品型號(hào)比較多，購(gòu)買比較方便。SJA1000在電路中是一個(gè)總線接口芯片，通過它實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)微處理器之間的數(shù)據(jù)通信。該電路的主要功能是通過CAN總線接收來自上位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析組態(tài)然后下傳給下位機(jī)的控制電路實(shí)現(xiàn)控制功能，當(dāng)CAN總線接口接收到下位機(jī)的上傳數(shù)據(jù)，SJA1000就產(chǎn)生一個(gè)中斷，引發(fā)微處理器產(chǎn)生中斷，通過中斷處理程序接收每一幀信息并通過CAN總線上傳給上位機(jī)進(jìn)行分析。AT89C52是CAN總線接口電路的核心，其承擔(dān)CAN控制器的初始化、CAN的收發(fā)控制等任務(wù)。CAN是一種串行數(shù)據(jù)通信和高性能通信協(xié)議，對(duì)于自動(dòng)的或一般的工業(yè)環(huán)境，均可以借助構(gòu)成強(qiáng)功能的局域網(wǎng)，這可以極大地減少連線、增強(qiáng)診斷功能和監(jiān)控能力。SJA1000型獨(dú)立CAN總線控制器由以下幾部分構(gòu)成:(1)接口管理邏輯IML：它接收來自微控制器的命令，分配控制信息緩沖器、發(fā)送緩沖器(TBF)、接收緩沖器0(RBFO)和接收緩沖器1(RBF1)，并為微控制器提供中斷和狀態(tài)信息。(2)發(fā)送緩沖器：有13字節(jié)長(zhǎng)。它位于CPU和位流處理器之間，能存儲(chǔ)一條將在CAN總線上發(fā)送的完整的報(bào)文，報(bào)文由CPU寫入，由SBP讀出。(3)接收緩沖器0和1(RBFO,RBFI)：RBFO和RBFI均由10個(gè)字節(jié)組成，交替存儲(chǔ)從總線接收的報(bào)文，當(dāng)一個(gè)緩沖器分配給CPU，位流處理器可以對(duì)另一個(gè)進(jìn)行寫操作。(4)位流處理器：它指一個(gè)控制發(fā)送緩沖器和接收緩沖器(并行數(shù)據(jù))與CAN總線(串行數(shù)據(jù))之間數(shù)據(jù)流的序列發(fā)生器。(5)位定時(shí)邏輯：它將SJA1000同步于CAN總線上的位流。(6)收發(fā)邏輯：它控制輸出驅(qū)動(dòng)器。(7)錯(cuò)誤管理邏輯：它按照CAN協(xié)議完成錯(cuò)誤界定。(8)控制器接口邏輯：它是與外部控制器的接口。3.4.2CAN總線通訊接口電路CAN總線通訊接口電路由SJA1000、P82C250和光耦隔離6N137組成。SJA1000是由PHILIPS公司提供的CAN控制器，可完成CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。包括為實(shí)現(xiàn)高性能串行網(wǎng)絡(luò)通信所必須的所有硬件。P82C250是CAN控制器和物理總線間的接口，它可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力，與ISO11898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，圖中SJA1000與P82C250采用光電耦合器件連接，具有電流隔離的作用。CAN總線通訊接口電路圖如圖3.6所示：圖3.6CAN總線通訊接口電路圖3.4.3驅(qū)動(dòng)接口電路選用繼電器驅(qū)動(dòng)方式，繼電器由相應(yīng)的PNP型號(hào)的59012三極管來驅(qū)動(dòng)，開機(jī)時(shí)，單片機(jī)初始化后的P3.5/P3.6為高電平，三極管截止，所以開機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)，如果P3.5/P3.6為低電平，三極管的基極就會(huì)被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會(huì)得電吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)電燈。繼電器的輸出端并聯(lián)0.1K的電阻和6800pF電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。每個(gè)繼電器都有一對(duì)常開常閉的觸點(diǎn)，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖3.5所示：圖3.7繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路3.4.4傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)由3部分組成：微控制器電路、轉(zhuǎn)換電路和傳感器。微控制器電路以PHILIPSSJA1000CAN為核心，它是一種功能很強(qiáng)的8位微控制器，在芯片內(nèi)部集成了CAN控制器，可為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)提供硬件支持，使用該芯片使節(jié)點(diǎn)小型化成為可能。傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖3.8所示：圖3.8傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖軟件設(shè)計(jì)程序流程圖設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)程序主要包括主程序、CAN控制器初始化程序、接收程序和發(fā)送程序。其中主程序主要完成中斷初始化、光照檢測(cè)和人體存在檢測(cè)及等功能；CAN控制器初始化程序主要完成SJA1000的初始化設(shè)置；光照檢測(cè)中斷程序完成光照傳感器的脈沖計(jì)數(shù)及對(duì)應(yīng)強(qiáng)度的計(jì)算；接收程序由單片機(jī)的外部中斷完成，主要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)接收?qǐng)?bào)文的處理；發(fā)送程序主要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送。主程序如圖4.1所示：圖4.1程序流程圖SJA1000初始化程序流程圖SJA1000控制器初始化主要完成工作方式設(shè)置、接收濾波方式設(shè)置、接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置和中斷允許寄存器設(shè)置等。SJA1000初始化程序流程圖如下圖4.2所示：圖4.2SJA1000初始化程序流程圖NODEEQU30H；節(jié)點(diǎn)號(hào)緩沖區(qū)NBTR0EQU31H；總線定時(shí)寄存器0緩沖區(qū)NBTR1EQU32H；總線定時(shí)寄存器1緩沖區(qū)TXBFEQU40H；RAM內(nèi)發(fā)送緩沖區(qū)RXBFEQU50H；RAM內(nèi)接收緩沖區(qū)CREQU0BF00H；控制寄存器CMREQU0BF01H；命令寄存器SREQU0BF02H；狀態(tài)寄存器IREQU0BF03H；中斷寄存器ACREQU0BF04H；接收碼寄存器AMREQU0BF05H；接收碼屏蔽寄存器BTR0EQU0BF06H；總線定時(shí)寄存器BTR1EQU0BF07H；總線定時(shí)寄存器OCREQU0BF08H；輸出控制寄存器CDREQU0BF1FH；時(shí)鐘分頻寄存器RXBEQU0BF14H；接收緩沖器TXBEQU0BF0AH；發(fā)送緩沖器入口：節(jié)點(diǎn)號(hào)在NODE，波特率在NBTR0、NBTR1出口：無CANINI:MOVDPTR,#CR；寫控制寄存器MOVA,#01H；置復(fù)位請(qǐng)求為高M(jìn)OVX@DPTRCANI1:MOVXA,@DPTR；判斷復(fù)位請(qǐng)求有效JNBACC.0,CANI1MOVDPTR,#ACR；寫驗(yàn)收碼寄存器MOVA,NODE；設(shè)置節(jié)點(diǎn)號(hào)MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#AMR；寫接收碼屏蔽寄存器MOVA,#00HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#BTR0；寫總線定時(shí)寄存器0MOVA,NBTR0；設(shè)置波特率MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#BTR1；寫總線定時(shí)寄存器1MOVA,NBTR1MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#OCR；寫輸出控制寄存器MOVA,#0FAHMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#CDR；寫時(shí)鐘分頻寄存器MOVA,#00H；將CAN工作模式設(shè)為BASICCAN模式時(shí)鐘2分頻MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#CR；寫控制寄存器MOVA,#0EH；開放中斷源MOVX@DPTR,ARET發(fā)送程序流程圖

發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合為一幀報(bào)文，送入SJA1000發(fā)送緩沖區(qū)，然后啟動(dòng)SJA1000發(fā)送。發(fā)送程序流程圖如圖4.3所示：圖4.3發(fā)送程序流程圖CAN發(fā)送子程序：入口：將要發(fā)送的描述符放在TXBF,將要發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度放在TXBF+1,將要發(fā)送的數(shù)據(jù)放在TXBF+2開始的單元。出口：無TXSB:MOVDPTR，#SR；讀狀態(tài)寄存器MOVXA，@DPTR；判發(fā)送緩沖區(qū)狀態(tài)JNBACC.2，TXSBMOVR1，#TXBFMOVDPTR，#TXBTX1:MOVA，@R1；向發(fā)送緩沖區(qū)10填入標(biāo)識(shí)符MOVX@DPTR,AINCR1INCDPTRMOVA，@R1；向發(fā)送緩沖區(qū)11填入標(biāo)識(shí)符MOVX@DPTR，AMOVB,ATX2:INCDPTRINCR1MOVA,，@R1；向發(fā)送緩沖區(qū)12-19送數(shù)據(jù)MOVX@DPTR,ADJNZB,TX2MOVDPTR，#CMR；置CMR.0為1請(qǐng)求發(fā)送MOVA,#01HMOVX@DPTR,ARET課程設(shè)計(jì)總結(jié)本系統(tǒng)通過對(duì)目前教室燈光控制的發(fā)展趨勢(shì)和控制管理需求的分析，設(shè)計(jì)了基于教室照明的CAN總線檢測(cè)節(jié)點(diǎn)從而達(dá)到控制高校教室照明燈的開啟和關(guān)閉的軟硬件組成，以環(huán)境光、人體存在狀況等外界環(huán)境為控制器的輸入?yún)?shù)，比單純的人員管理教室燈光更合理，更有效的降低教室燈光的資源費(fèi)用，對(duì)傳統(tǒng)的不太科學(xué)的燈光控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。其主要特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)異。本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于各類大、中專院校的教室