人民大2023智能家居及樓宇網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用課件項(xiàng)目1

智能家居及樓宇網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用21世紀(jì)技能創(chuàng)新型人才培養(yǎng)系列教材·物聯(lián)網(wǎng)系列主編李浩

向鑫PART01項(xiàng)目1CAN總線智能照明系統(tǒng)PART02項(xiàng)目2總線型消防報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試PART03項(xiàng)目3手機(jī)/平板控制的CAN總線智能照明系統(tǒng)目錄CONTENTSPART04項(xiàng)目4電力貓傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試PART05項(xiàng)目5智能家居物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)控制系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)與調(diào)試PART01項(xiàng)目1CAN總線智能照明系統(tǒng)任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試◆熟悉CAN總線的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。◆熟悉CAN總線設(shè)備之間的通信原理。◆掌握網(wǎng)關(guān)控制器的接線原理?！粽莆照{(diào)光控制器的接線原理。◆掌握窗簾控制器的接線原理?！粽莆臻_關(guān)控制器的接線原理?！粽莆罩悄苊姘宓慕泳€原理?！袅私饩W(wǎng)關(guān)控制器關(guān)于地址自學(xué)習(xí)的工作原理?！救蝿?wù)目標(biāo)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試（1）搭建如圖1-1-1所示的CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）按照?qǐng)D1-1-2所示完善系統(tǒng)的配電接入。（3）按照?qǐng)D1-1-3所示完善網(wǎng)關(guān)控制器的連接。（4）按照?qǐng)D1-1-4所示完善窗簾控制器的負(fù)載接入。（5）按照?qǐng)D1-1-5所示完善調(diào)光控制器的負(fù)載接入。（6）按照?qǐng)D1-1-6所示完善開關(guān)控制器的負(fù)載接入。（7）按照?qǐng)D1-1-7所示完善智能開關(guān)面板的連接。（8）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)置，通過智能面板控制各被控設(shè)備。（9）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)置，通過上位機(jī)軟件控制各被控設(shè)備。（10）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)置，通過手機(jī)/平板App控制各被控設(shè)備?！救蝿?wù)內(nèi)容】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試【任務(wù)內(nèi)容】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試【任務(wù)內(nèi)容】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)1：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的分類在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信中，按每次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，通信方式可分為串行通信和并行通信。對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的計(jì)算機(jī)通信，按照數(shù)據(jù)在線路上的傳輸方向，通信方式可分為單工通信、半雙工通信與全雙工通信。按照通信的地理范圍劃分，可分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。按通信介質(zhì)分類，可分為有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。按接收方的多少分類，可分為點(diǎn)到點(diǎn)單播、組播和廣播式網(wǎng)絡(luò)。按網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的地位不同分類，可分為PtP網(wǎng)（對(duì)等網(wǎng)）、C/S模式（客戶機(jī)/服務(wù)器模式）和B/S模式（瀏覽器/服務(wù)器模式）。按網(wǎng)絡(luò)通信信道的用戶使用數(shù)量分類，可分為獨(dú)享信道網(wǎng)絡(luò)和共（分）享信道網(wǎng)絡(luò)?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)2：串行通信串行通信技術(shù)是指通信雙方按位進(jìn)行，遵守時(shí)序的一種通信方式。串行通信中，將數(shù)據(jù)按位依次傳輸，每位數(shù)據(jù)占據(jù)固定的時(shí)間長(zhǎng)度，可使用一條數(shù)據(jù)線，在控制線的有機(jī)組織下就可以完成系統(tǒng)間的信息交換（某些串行通信不需要控制線），特別適用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。串行通信傳輸1位的時(shí)間為T的話，傳輸1字節(jié)的數(shù)據(jù)，則耗時(shí)8T時(shí)間。異步串行通信規(guī)定低位在前先發(fā)送，高位在后。串行通信的原理如圖1-1-8所示?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試串行總線通信過程的顯著特點(diǎn)：通信線路少，布線簡(jiǎn)便易行，施工方便，結(jié)構(gòu)靈活，系統(tǒng)間協(xié)商通信協(xié)議，自由度及靈活度較高，因此在電子電路設(shè)計(jì)、信息傳遞等諸多方面的應(yīng)用越來(lái)越多，典型應(yīng)用如通用串行總線USB（UniversalSerialBus）、RJ接口的網(wǎng)口等【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)3：并行通信在控制信號(hào)的有機(jī)組織下，并行通信數(shù)據(jù)的多個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)、并行地傳送。并行通信速度快，但用的通信線較多、容易受到干擾而導(dǎo)致出錯(cuò)，成本高，故不適合進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。典型應(yīng)用如計(jì)算機(jī)或可編程邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController）的各種內(nèi)部總線，它們就是以并行方式傳送數(shù)據(jù)的。并行通信的原理如圖1-1-9所示?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)4：?jiǎn)喂ねㄐ旁趩喂ねㄐ牛⊿implexCommunication）中，通信的信道是單向的，發(fā)送端與接收端也是固定的，即發(fā)送端只能發(fā)送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能發(fā)送信息。基于這種情況，數(shù)據(jù)信號(hào)從一端傳送到另外一端，信號(hào)流是單方向的。例如：收音機(jī)中的廣播采用的就是單工通信的工作方式。廣播站是發(fā)送端，聽眾是接收端。廣播站向聽眾發(fā)送信息，聽眾獲取信息。廣播站不能作為接收端獲取聽眾的信息，聽眾也無(wú)法作為發(fā)送端向廣播站發(fā)送信號(hào)?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)5：半雙工通信半雙工通信（Half-duplexCommunication）可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，但不能在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行，必須交替進(jìn)行。這種工作方式下，發(fā)送端可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮斩?；相?yīng)地，接收端也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)送端。但是在同一時(shí)刻，信息只能在一個(gè)方向上傳輸。因此，也可以將半雙工通信理解為一種切換方向的單工通信。例如：對(duì)講機(jī)是日常生活中常見的半雙工通信設(shè)備，對(duì)講機(jī)的雙方可以互相通信，但在同一個(gè)時(shí)刻，只能由一方講話。【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)6：全雙工通信全雙工通信（FullduplexCommunication）簡(jiǎn)稱雙工通信，是指在通信的任意時(shí)刻，線路上都存在A到B和B到A的雙向信號(hào)傳輸。全雙工通信允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，因此又稱為雙向同時(shí)通信，即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在全雙工方式下，通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送，該方式需要兩個(gè)獨(dú)立的信道來(lái)發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)，還需要用到控制線、狀態(tài)線和地線等。例如：手機(jī)通話時(shí)，雙方既可以接聽，又可以同時(shí)說話，這就是典型的全雙工通信應(yīng)用。【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)7：獨(dú)占信道網(wǎng)絡(luò)（1）雙機(jī)通信模型。要實(shí)現(xiàn)主機(jī)1與主機(jī)2之間相互通信，可以建立如圖1-1-10所示的簡(jiǎn)單的串行通信模型，主機(jī)1的發(fā)送端連接到主機(jī)2的接收端，主機(jī)2的發(fā)送端連接到主機(jī)1的接收端。【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試這種通信模型的特點(diǎn)如下：1）雙機(jī)通信需要“發(fā)送”和“接收”兩個(gè)獨(dú)立的信道，并且雙機(jī)獨(dú)占這兩個(gè)信道。2）發(fā)送與接收各行其道，參與通信的任何一方在接收信息的同時(shí)，還可以發(fā)送信息。3）雙機(jī)可以隨時(shí)發(fā)起通信，不受其他方面的約束和影響，通信的實(shí)時(shí)性高，且軟件編程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。4）如果大部分時(shí)間里雙機(jī)沒有通信需求，則獨(dú)占信道被閑置，信道利用率很低。（2）三機(jī)通信模型。按照?qǐng)D1-1-10所示的雙機(jī)通信模型的思路，可設(shè)計(jì)出三機(jī)串行通信模型，如圖1-1-11所示?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試三機(jī)通信模型的特點(diǎn)如下：1）任意兩臺(tái)控制器之間的通信均需要“發(fā)送”和“接收”兩個(gè)信道，并獨(dú)占這兩個(gè)信道。2）由于任意兩臺(tái)控制器之間的發(fā)送信道與接收信道互不侵占，因此參與通信的任何一方在接收信息的同時(shí)，還可以發(fā)送信息。3）任意兩臺(tái)控制器之間可以隨時(shí)發(fā)起通信，不受其他方面的約束和影響，通信的實(shí)時(shí)性高，軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。4）如果大部分時(shí)間沒有通信需求的話，則獨(dú)占信道被閑置，信道利用率很低。5）三機(jī)通信總共需要6條獨(dú)立信道，每臺(tái)控制器與其他設(shè)備的連接信道需要4條，硬件連接復(fù)雜?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試

【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)8：共享信道網(wǎng)絡(luò)在獨(dú)占型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通信的任意雙方獨(dú)占發(fā)送信道和接收信道，通信軟件功能實(shí)現(xiàn)會(huì)很簡(jiǎn)單，但是硬件連接非常繁雜，這種連接方式只應(yīng)用于單芯片的設(shè)計(jì)中，用于不同子功能模塊之間的高速通信。在絕大多數(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，參與聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是海量的，控制器之間的網(wǎng)絡(luò)連接只能采用共享信道方式進(jìn)行硬件連接。共享信道的網(wǎng)絡(luò)通信，硬件連接比較簡(jiǎn)單，但是通信軟件設(shè)計(jì)就會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試主機(jī)之間“一對(duì)一”的通信模式，網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)和路由器對(duì)數(shù)據(jù)只進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)不進(jìn)行復(fù)制。如果10個(gè)客戶機(jī)需要相同的數(shù)據(jù)，則服務(wù)器需要逐一傳送，重復(fù)10次相同的工作。但由于其能夠針對(duì)每個(gè)客戶及時(shí)響應(yīng)，所以現(xiàn)在的網(wǎng)頁(yè)瀏覽全部采用IP單播協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)中的路由器和交換機(jī)根據(jù)其目標(biāo)地址選擇傳輸路徑，將IP【任務(wù)知識(shí)】單播數(shù)據(jù)傳送到其指定的目的地。

任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)10：廣播網(wǎng)絡(luò)主機(jī)之間“一對(duì)所有”的通信模式，網(wǎng)絡(luò)對(duì)其中每一臺(tái)主機(jī)發(fā)出的信號(hào)都進(jìn)行無(wú)條件復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)，所有主機(jī)都可以接收到所有信息（不管是否需要），由于其不通過路徑選擇，所以網(wǎng)絡(luò)成本很低。有線電視網(wǎng)就是典型的廣播型網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上，電視機(jī)接收到所有頻道的信號(hào)，但只將一個(gè)頻道的信號(hào)還原成畫面。在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中也允許廣播的存在，但其被限制在二層交換機(jī)的局域網(wǎng)范圍內(nèi)，禁止廣播數(shù)據(jù)穿過路由器，防止廣播數(shù)據(jù)影響大面積的主機(jī)?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)11：組播網(wǎng)絡(luò)主機(jī)之間“一對(duì)一組”的通信模式，也就是同一個(gè)組的主機(jī)可以接收到此組內(nèi)某一臺(tái)主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)和路由器只向有需求者復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)其所需數(shù)據(jù)。主機(jī)可以向路由器請(qǐng)求加入或退出某個(gè)組，網(wǎng)絡(luò)中的路由器和交換機(jī)有選擇地復(fù)制并傳輸數(shù)據(jù)，即只將組內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸給加入組的主機(jī)。這樣既能一次將數(shù)據(jù)傳輸給多個(gè)有需要的主機(jī)，又能保證不影響其他不在該組的主機(jī)的通信?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)12：現(xiàn)場(chǎng)總線型網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線型網(wǎng)絡(luò)是一種共享的、串行的、半雙工、廣播式的通信網(wǎng)絡(luò)?？刂破鲗l(fā)送信道和接收信道合二為一，在一個(gè)信道中分時(shí)、雙向傳輸通信信息。發(fā)送信息期間，不能同時(shí)接收信息，只能等待發(fā)送完畢后才能進(jìn)行信息接收；同理，接收信息期間，不能發(fā)送信息，接收完畢后才能往外發(fā)送信息?，F(xiàn)場(chǎng)總線型網(wǎng)絡(luò)的通信模型如圖1-1-12所示?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)總線型網(wǎng)絡(luò)的通信模型硬件連接的特點(diǎn)如下：（1）控制器連接總線網(wǎng)絡(luò)的信道只有一個(gè)，視物理層協(xié)議的不同，該信道可以采用1根或2根導(dǎo)線作為物理信號(hào)的傳輸載體，硬件連接簡(jiǎn)單。（2）在總線接收信息期間，控制器不能同時(shí)往總線發(fā)送信息；同理，往總線發(fā)送信息期間，它也不能接收總線信息，控制器通信方式屬于半雙工。（3）以廣播方式進(jìn)行通信，控制器向總線發(fā)送的信息能夠被其他所有控制器接收。（4）控制器之間的通信會(huì)受到總線網(wǎng)絡(luò)中其他控制器的發(fā)送狀態(tài)的影響；任意時(shí)刻只允許一臺(tái)控制器往總線上廣播發(fā)送信息，該臺(tái)控制器發(fā)送完畢后，其他控制器才能繼續(xù)使用總線發(fā)送信息；這對(duì)共享信道的使用管理提出了更高的要求，軟件實(shí)現(xiàn)的難度和復(fù)雜性大幅增加。（5）通信信道的共享提高了信道的利用率，但是通信的實(shí)時(shí)性受到一定的影響。與總線型網(wǎng)絡(luò)不同，在分組交換式網(wǎng)絡(luò)中，由于通信節(jié)點(diǎn)之間發(fā)送信道和接收信道分離，采用的是全雙工、串行通信，因此在發(fā)送信息期間，也可以同時(shí)接收信息?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)13：總線型網(wǎng)絡(luò)中的主站和從站一條數(shù)據(jù)鏈路上的各數(shù)據(jù)站之間為了正確地交換數(shù)據(jù)而進(jìn)行的控制，稱為數(shù)據(jù)鏈路控制（DataLinkControl，DLC）。這一控制過程包括數(shù)據(jù)鏈路的建立，交換雙方的同步，電文的有效、可靠地傳送，必要的差錯(cuò)恢復(fù)與糾正，數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，異常情況的發(fā)現(xiàn)和處理，數(shù)據(jù)鏈路的釋放等。提供上述數(shù)據(jù)傳送與控制功能的實(shí)體在數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（協(xié)議）中統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)站或站。在數(shù)據(jù)通信基本型控制規(guī)程中，數(shù)據(jù)站按其實(shí)現(xiàn)的功能的性質(zhì)與能力可分為主站與從站；在高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（High-LevelDataLinkControl，HDLC）規(guī)程中，數(shù)據(jù)站按其實(shí)現(xiàn)的功能的性質(zhì)與能力可分為主站、次站與組合站?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試數(shù)據(jù)鏈路控制是由特定的數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程通常有面向字符的數(shù)據(jù)通信基本型控制規(guī)程和面向比特的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程兩種。它們的基本功能如下：（1）建立數(shù)據(jù)鏈路。（2）碼組或幀控制。（3）差錯(cuò)控制。（4）鏈路流量控制。（5）異常狀態(tài)的報(bào)告和恢復(fù)。（6）保證編碼透明傳輸。（7）釋放鏈路。【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試主站可發(fā)送命令，接收響應(yīng)，并最終負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)恢復(fù)。某個(gè)主從式網(wǎng)絡(luò)中可以存在1個(gè)主站和多個(gè)從站，也可以是多個(gè)主站和多個(gè)從站。在某給定時(shí)刻，一條數(shù)據(jù)鏈路上只能有一個(gè)主站在主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)上的主站可以主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他站點(diǎn)發(fā)出通信要求，當(dāng)然也可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的其他主站的要求做出響應(yīng)。次站或從站可接收命令，發(fā)送響應(yīng)，并可以啟動(dòng)數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)恢復(fù)。某個(gè)主從式網(wǎng)絡(luò)中可以存在多個(gè)從站。網(wǎng)絡(luò)上的從站不能主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他站點(diǎn)發(fā)出通信要求，它只能被動(dòng)地對(duì)其他主站的通信要求做出響應(yīng)。組合站不分主次，可主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送命令和響應(yīng)、接收命令和響應(yīng)，并且負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)恢復(fù)。【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)14：CAN總線的物理層信號(hào)CAN總線采用特殊的、與別種協(xié)議不同的雙線（CAN_H和CAN_L）連接方式，利用差分信號(hào)（正極信號(hào)CAN_H與負(fù)極信號(hào)CAN_L電位反方向變化）的邏輯電平狀態(tài)來(lái)表示數(shù)字0和1狀態(tài)。在CAN總線協(xié)議中，當(dāng)兩線電位差的絕對(duì)值為0.9～2V時(shí)，稱為“0”信號(hào)，叫作顯性電平；當(dāng)兩線電位差的絕對(duì)值小于0.5V時(shí)，稱為“1”信號(hào)，叫作隱性電平。邏輯0、1狀態(tài)與CAN_L、CAN_H雙線電位之間的關(guān)系如圖1-1-13所示?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)15：CAN總線的物理層接口連接器CAN總線協(xié)議對(duì)其物理層連接器的具體物理結(jié)構(gòu)沒有進(jìn)行強(qiáng)制規(guī)范。只要滿足信號(hào)電平、頻率特性等規(guī)定，任何第三方廠家生產(chǎn)的連接器都可以適配到CAN總線系統(tǒng)中正常使用?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試

【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)17：CAN總線的物理層接口連接器示例通過市場(chǎng)實(shí)際調(diào)研，很多知名的公司均采用DB9連接器作為CAN總線的連接器，圖1-1-14所示為某公司對(duì)DB9各管腳功能的定義，均統(tǒng)一集成了終端電阻。需要強(qiáng)調(diào)的是，由于CAN總線協(xié)議對(duì)物理層沒有進(jìn)行強(qiáng)制規(guī)范，不同的公司對(duì)其CAN總線連接器的管腳功能定義可能會(huì)不一樣?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試該終端連接器固定在總線設(shè)備的面板上，其DB9的2號(hào)端子被定義為CAN_L功能，7號(hào)端子被定義為CAN_H功能。進(jìn)線電纜的CAN_L和CAN_H與出線電纜的CAN_L和CAN_H分別短接在了一起，同時(shí)，CAN_L與CAN_H之間還并聯(lián)了一個(gè)120Ω的終端電阻，并串入了一個(gè)雙聯(lián)開關(guān)。當(dāng)該總線設(shè)備沒有處于總線的兩個(gè)端部時(shí)，不需要接入120Ω終端電阻，用戶必須將雙聯(lián)開關(guān)撥到OFF位置；當(dāng)該總線設(shè)備處于總線的端部時(shí)，需要接入120Ω終端電阻，用戶需要將雙聯(lián)開關(guān)撥到ON位置。當(dāng)雙聯(lián)開關(guān)撥到ON時(shí)，出線電纜連接的總線設(shè)備沒有接入總線網(wǎng)絡(luò)，不能與其他總線設(shè)備進(jìn)行通信?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試通過上面對(duì)總線網(wǎng)絡(luò)硬件連接的分析，總線型網(wǎng)絡(luò)要想實(shí)現(xiàn)控制器間的相互通信，大體上需要處理以下問題：（1）采取什么措施確?？偩€型網(wǎng)絡(luò)中任意控制器間的通信信息準(zhǔn)確送達(dá)？（2）掛接在總線上的控制器雖然只有一個(gè)信道，借助分時(shí)復(fù)用技術(shù)，是能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送信息且分時(shí)接收信息的。當(dāng)有不同的多臺(tái)控制器同時(shí)往總線上發(fā)送信息，出現(xiàn)發(fā)送沖突時(shí)，總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)采取什么樣的機(jī)制進(jìn)行有效管控，最終實(shí)現(xiàn)任意控制器間的信息通信交付呢？【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)18：CAN總線軟件協(xié)議簡(jiǎn)介就上面提出的兩個(gè)問題，CAN總線軟件協(xié)議給出了完善的解決方案，簡(jiǎn)述如下：（1）與其他總線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不同，CAN總線廢除了傳統(tǒng)的、對(duì)每一個(gè)控制器指定唯一且不重復(fù)的站地址方式，代之以在圖1-1-15所示通信報(bào)文的仲裁段給其指定本網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)一無(wú)二的標(biāo)識(shí)符ID。標(biāo)識(shí)符ID由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，它設(shè)定了控制器的優(yōu)先級(jí)，還起著傳統(tǒng)站地址的作用，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一旦被確定就不能被修改?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試（2）CAN總線采用了多主站競(jìng)爭(zhēng)式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行、各控制器自主分散仲裁、串行通信以及廣播通信等特點(diǎn)。由于各控制器沒有主站和從站之分，任意一個(gè)控制器任意時(shí)刻都可以向任何其他一個(gè)或多個(gè)控制器發(fā)起數(shù)據(jù)通信。當(dāng)多臺(tái)控制器都往CAN總線上發(fā)送信息時(shí)，即發(fā)生了沖突，由于總線上的電平執(zhí)行邏輯上的“線與”功能，因此只有標(biāo)識(shí)符ID數(shù)值最小的控制器發(fā)送的信息能在總線上順利傳遞，即ID值最小的控制器的優(yōu)先級(jí)最高，其他控制器發(fā)送的信息都被“屏蔽”掉了。實(shí)際上，控制器往總線上發(fā)送信息期間，都是一邊發(fā)送，一邊偵聽總線上傳輸?shù)男畔ⅲ⑶覍?shí)時(shí)比較偵聽到的信息與自己發(fā)送的信息是不是一致，這一點(diǎn)非常重要。控制器如果發(fā)現(xiàn)總線上傳輸?shù)男畔⑴c自己所發(fā)信息不一樣，在報(bào)文發(fā)送初期的仲裁段就知道總線發(fā)生了沖突，因?yàn)楫?dāng)前總線的控制權(quán)在更高優(yōu)先級(jí)的控制器手里，所以自己會(huì)立即停止往總線上發(fā)送信息，轉(zhuǎn)而跟蹤、接收總線信息。這就是著名的、用于解決總線信息沖突的“帶有沖突避免的載波偵聽多路訪問（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoid，CSMA/CA）算法”。相對(duì)于傳統(tǒng)的“載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè)（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD）算法”，這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點(diǎn)在于，在總線網(wǎng)絡(luò)最終確定哪一個(gè)站的報(bào)文被傳送以前，報(bào)文的起始部分已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上傳送了。所有未獲得總線發(fā)送權(quán)的控制器都接收到了最高優(yōu)先權(quán)控制器發(fā)送的報(bào)文，不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生總線沖突而需要再次重新發(fā)送，最終影響總線通信的效率。【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)19：網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備地址簡(jiǎn)介如本任務(wù)知識(shí)點(diǎn)18所述，在設(shè)計(jì)CAN總線系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總線協(xié)議會(huì)自動(dòng)給每個(gè)CAN總線設(shè)備指定一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符ID，這形同于它的“設(shè)備地址”。與CAN總線系統(tǒng)中的設(shè)備的ID標(biāo)識(shí)方法不同，在以太網(wǎng)中，對(duì)于通過交換機(jī)進(jìn)行互聯(lián)的每一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用MAC地址進(jìn)行唯一標(biāo)定；在不同網(wǎng)段子網(wǎng)互聯(lián)中，對(duì)于通過路由器互聯(lián)的每一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，則用IP地址對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行唯一地址標(biāo)定。【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試（1）MAC地址簡(jiǎn)介。MAC地址（MediaAccessControlAddress）直譯為媒體存取控制位址，也稱為局域網(wǎng)地址（LANAddress）、以太網(wǎng)地址（EthernetAddress）或物理地址（PhysicalAddress）等，是一個(gè)用來(lái)確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備位置的位址。它是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)燒錄在網(wǎng)卡（NetworkInterfaceCard）中的48位二進(jìn)制數(shù)，用于在網(wǎng)絡(luò)中唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)卡，一臺(tái)設(shè)備若有一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)卡，則每個(gè)網(wǎng)卡都會(huì)有一個(gè)唯一的MAC地址。MAC地址一旦燒錄在網(wǎng)卡的EEPROM中，就不能隨意改變。在OSI的七層通信模型中，根據(jù)不同的MAC位址，第二層數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)確保局域網(wǎng)中的MAC數(shù)據(jù)幀準(zhǔn)確傳送到目的設(shè)備中。局域網(wǎng)中，依據(jù)不同設(shè)備具有的不同MAC地址來(lái)唯一標(biāo)識(shí)每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試（2）IP地址簡(jiǎn)介。IP地址（InternetProtocolAddress）是指互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址，又譯為網(wǎng)際協(xié)議地址。IP地址是IP協(xié)議提供的一種統(tǒng)一的地址格式，它為互聯(lián)網(wǎng)上的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)和每一臺(tái)主機(jī)分配一個(gè)唯一的邏輯地址，以此來(lái)屏蔽物理地址的差異。與MAC地址不同，IP地址只是一種邏輯地址，IPv4協(xié)議版本的IP地址是32位二進(jìn)制數(shù)，根據(jù)需要可以進(jìn)行適當(dāng)更換。在OSI模型中，第三層網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)分組數(shù)據(jù)報(bào)中的目的IP地址選擇合適的網(wǎng)間路由和交換節(jié)點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)在不同子網(wǎng)之間及時(shí)、準(zhǔn)確地傳送。不同局域網(wǎng)間或者廣域網(wǎng)中的信息傳輸依據(jù)IP地址來(lái)進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)。日常使用的互聯(lián)網(wǎng)（Internet）采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將不同網(wǎng)段的以太網(wǎng)、移動(dòng)電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)等不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在一起，為人們提供多樣化網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)。基于IP地址，IP分組數(shù)據(jù)報(bào)通過路由器在廣域網(wǎng)間快速地進(jìn)行路由和協(xié)議轉(zhuǎn)換；基于MAC地址，MAC協(xié)議幀通過交換機(jī)在局域網(wǎng)中按需進(jìn)行準(zhǔn)確傳送，確保通信信息的準(zhǔn)確交付?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)20：網(wǎng)關(guān)簡(jiǎn)介網(wǎng)關(guān)（Gateway）又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)層及以上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，是復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，僅用于兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。網(wǎng)關(guān)既可以用于廣域網(wǎng)間的互聯(lián)，也可以用于局域網(wǎng)間的互聯(lián)，上面提到的路由器就包含網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。網(wǎng)關(guān)是一種充當(dāng)轉(zhuǎn)換重任的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或設(shè)備，應(yīng)用于不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語(yǔ)言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，可以說網(wǎng)關(guān)就是一個(gè)翻譯器。與網(wǎng)橋或交換機(jī)只是簡(jiǎn)單地傳達(dá)信息不同，網(wǎng)關(guān)要對(duì)收到的信息重新打包，組合成新的信息幀，以適應(yīng)目的系統(tǒng)的需求。本項(xiàng)目用到的網(wǎng)關(guān)用于實(shí)現(xiàn)CAN總線通信協(xié)議與以太網(wǎng)通信協(xié)議之間的翻譯和轉(zhuǎn)換?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試知識(shí)點(diǎn)21：自動(dòng)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)與自學(xué)習(xí)自適應(yīng)系統(tǒng)（AdaptiveSystem）是這樣一種控制系統(tǒng)，它能夠修正自己的特性以適應(yīng)對(duì)象和擾動(dòng)的動(dòng)特性的變化。這種自適應(yīng)控制方法可以做到：在系統(tǒng)運(yùn)行中，依靠不斷采集的控制過程信息，確定被控對(duì)象的當(dāng)前實(shí)際工作狀態(tài)，優(yōu)化性能準(zhǔn)則，產(chǎn)生自適應(yīng)控制規(guī)律，從而實(shí)時(shí)地調(diào)整控制器的結(jié)構(gòu)或參數(shù)，使系統(tǒng)始終自動(dòng)地工作在最優(yōu)或次最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。模型參考自適應(yīng)控制（ModelReferenceAdaptiveSystem，MRAS）和自校正控制系統(tǒng)（Self-tuningControlSystem）是比較成熟的兩類自適應(yīng)控制系統(tǒng)。這類自適應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)主要特點(diǎn)是在線辨識(shí)對(duì)象數(shù)學(xué)模型的參數(shù)，進(jìn)而修改控制器的參數(shù)?！救蝿?wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試MRAS技術(shù)在船舶自動(dòng)駕駛方面應(yīng)用非常成功。它將船舶的非線性模型簡(jiǎn)化為二階線性模型，當(dāng)外界環(huán)境（如風(fēng)力、波浪、水流等）發(fā)生變化，船的動(dòng)力特性也會(huì)隨著吃水差、負(fù)載和水深的變化而發(fā)生改變，可能導(dǎo)致船舶的性能不能很好地滿足要求。而采用自適應(yīng)控制的自動(dòng)駕駛儀就可達(dá)到要求的性能，操作安全可靠。另外，MRAS技術(shù)在其他領(lǐng)域和設(shè)備上也有應(yīng)用，諸如電力拖動(dòng)領(lǐng)域、內(nèi)燃機(jī)、吹氧煉鋼爐、液壓伺服系統(tǒng)等。自學(xué)習(xí)系統(tǒng)（Self-learningSystem）亦稱學(xué)習(xí)系統(tǒng)，是模仿生物學(xué)習(xí)功能的系統(tǒng)。它是能在系統(tǒng)運(yùn)行過程中通過評(píng)估已有行為的正確性或優(yōu)良度，自動(dòng)修改系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)以改進(jìn)自身品質(zhì)的系統(tǒng)。與自適應(yīng)系統(tǒng)的不同之處在于：經(jīng)學(xué)習(xí)而得到的改進(jìn)可以保存并固定在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之中，從而較易于實(shí)現(xiàn)，并可作為自動(dòng)設(shè)計(jì)或調(diào)整的一種辦法。學(xué)習(xí)方法可以分為兩大類：一類是有導(dǎo)師監(jiān)督并對(duì)優(yōu)良方案加以強(qiáng)化的學(xué)習(xí)，按預(yù)設(shè)的指標(biāo)來(lái)評(píng)估品質(zhì)并指導(dǎo)系統(tǒng)的改進(jìn)；另一類是無(wú)導(dǎo)師監(jiān)督的學(xué)習(xí)，這時(shí)需要用試探、搜索等辦法來(lái)探索改進(jìn)的途徑。隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、演化計(jì)算等高速并行處理技術(shù)的發(fā)展，無(wú)導(dǎo)師監(jiān)督學(xué)習(xí)方法也已得到成功應(yīng)用。【任務(wù)知識(shí)】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試步驟1：按照?qǐng)D1-1-16所示的配電盤布局參考圖對(duì)安裝位置打孔，然后進(jìn)行線槽和模塊導(dǎo)軌的固定和安裝，最后將模塊安裝在導(dǎo)軌上。步驟2：按照?qǐng)D1-1-17所示的布局圖，在墻上固定、安裝智能面板?！救蝿?wù)實(shí)施】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試步驟3：按照?qǐng)D1-1-1所示，對(duì)配電盤內(nèi)的模塊進(jìn)行電氣連接，效果如圖1-1-18所示。步驟4：按照?qǐng)D1-1-1所示，對(duì)圖1-1-17所示的智能面板進(jìn)行總線連接，最后連接到圖1-1-19所示的配電盤右上方的端子排上。【任務(wù)實(shí)施】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試步驟5：按照?qǐng)D1-1-2所示，給系統(tǒng)引入單相市電，接入如圖1-1-19所示的配電盤左上角的白色接線柱。步驟6：按照?qǐng)D1-1-4、圖1-1-5和圖1-1-6所示，將各控制模塊的負(fù)載連接到配電盤上方中部的端子排上，效果如圖1-1-19所示。步驟7：按照新建層、新建房間、添加設(shè)備的總體步驟，組態(tài)圖1-1-20所示的上位機(jī)組態(tài)畫面?！救蝿?wù)實(shí)施】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試步驟8：如圖1-1-21所示，新建樓層，操作過程中需要留意“樓層ID號(hào)”?！救蝿?wù)實(shí)施】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試步驟9：在空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，如圖1-1-22所示，順序新建4個(gè)房間，操作過程中需要留意每個(gè)房間的“排序號(hào)”，后面會(huì)用到?！救蝿?wù)實(shí)施】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試步驟10：在上位機(jī)軟件左側(cè)的設(shè)備欄中選擇“設(shè)備”，單擊戶型圖空白處即可彈出“設(shè)備信息添加”對(duì)話框；在設(shè)備分類中選擇相應(yīng)的類型，選擇已經(jīng)創(chuàng)建好的“房間名稱”和“設(shè)備編號(hào)”，填寫“設(shè)備名稱”，根據(jù)圖1-1-20所示選擇“燈光范圍”，效果如圖1-1-23所示，完成所有設(shè)備的添加，操作過程中需要留意每個(gè)設(shè)備的“編號(hào)”，后面也會(huì)用到?！救蝿?wù)實(shí)施】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試步驟11：如圖1-1-24所示，以FAST無(wú)線路由器FW300R為例，利用2根超5類網(wǎng)線將上位機(jī)和網(wǎng)關(guān)控制器連接到無(wú)線路由器的局域網(wǎng)LAN（LocalAreaNetwork）口上。【任務(wù)實(shí)施】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試步驟12：在計(jì)算機(jī)桌面右擊“網(wǎng)絡(luò)”，選擇“屬性”快捷選項(xiàng)，在打開的對(duì)話框中選擇有線網(wǎng)卡，在彈出的快捷菜單中選擇“屬性”，打開“以太網(wǎng)屬性”對(duì)話框，在“網(wǎng)絡(luò)”選項(xiàng)卡中雙擊“Internet協(xié)議版本4（TCP/IPv4）”，選擇“自動(dòng)獲得IP地址”，如圖1-1-25所示。【任務(wù)實(shí)施】任務(wù)CAN總線智能照明系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)集成與調(diào)試步驟13：打開任意一款瀏覽器，在地址欄