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停車場照明智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)論文
摘要：文章提出了一種基于CAN總線技術(shù)的照明智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以有效地解決目前高層住宅的地下停車場面臨的能耗、材耗問題，同國外同類產(chǎn)品相比，具有較-高的性價比。
關(guān)鍵詞：停車場 照明 智能控制系統(tǒng) 設(shè)計 實現(xiàn)
目前很多在建和已建高層住宅大部分都建有地下停車場，這些停車場一般都有多個人員出入口和多個車輛出入口，由于這些停車場面積大、光線差，需要大量的照明設(shè)備長期照明。如果用通常的控制方法則需要的線路較長，而且回路復(fù)雜，由于各出人口與行車路線之間不是簡單的一一對應(yīng)關(guān)系，因此很難用簡單的強電控制方式實現(xiàn)停車場內(nèi)部照明的自動控制，通常只能采用連續(xù)照明方式。有的地方雖然采用紅外或聲控開關(guān)來控制照明，但是只能對某一個小區(qū)域(如出入樓梯口處)實現(xiàn)自動控制，而不能對全部停車場照明實現(xiàn)自動控制。這樣不僅造成巨大的能源浪費和設(shè)備損耗，也給小區(qū)的物業(yè)管理造成很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
幾乎所有的高層住宅都存在這樣的問題，國外已經(jīng)開發(fā)出類似的智能照明控制系統(tǒng)解決以上的問題，但是產(chǎn)品的價格很高；國內(nèi)市場上尚無此類的產(chǎn)品出現(xiàn)，本文設(shè)計的智能照明控制系統(tǒng)則可以填補此項空白。
1 系統(tǒng)簡介
1．1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
使用者可以根據(jù)本地停車場的具體情況編輯適合于自己的照明控制方案，下載到系統(tǒng)的各節(jié)點中。當(dāng)有人員或者車輛進(jìn)入停車場時，該照明智能控制系統(tǒng)能夠根據(jù)照明控制方案對停車場內(nèi)指定的照明設(shè)備進(jìn)行控制，實現(xiàn)照明的智能控制。
1．2 系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)由上位機(jī)、出人口控制節(jié)點和基本節(jié)點等組成，各個部分通過CAN總線進(jìn)行連接。
CAN總線是Bosch公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用而推出的一種總線，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。CAN總線為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點信息。基于以上特點，該系統(tǒng)選用CAN總線作為該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸總線。
上位機(jī)將系統(tǒng)中所有節(jié)點的控制方案下載到相應(yīng)的節(jié)點中后，各節(jié)點將根據(jù)這些從上位機(jī)下載的節(jié)點間的互聯(lián)關(guān)系表完成與有關(guān)節(jié)點的交互。
基本節(jié)點與一定數(shù)量的傳感器回路和照明回路相連。當(dāng)傳感器監(jiān)測到附近有人員或車輛經(jīng)過時，傳感器向與之相連的基本節(jié)點發(fā)送信號；基本節(jié)點接收到此傳感器的信號后搜索從上位機(jī)下載的本節(jié)點的傳感器與照明燈的互聯(lián)關(guān)系，判斷本節(jié)點上是否有與之關(guān)聯(lián)的燈，有則點亮此燈并保持照明一段時間，同時該基本節(jié)點也通過CAN總線向其它基本節(jié)點發(fā)送該傳感器的消息；當(dāng)其它的基本節(jié)點收到此消息時，同樣根據(jù)互聯(lián)關(guān)系表判斷本節(jié)點是否有與此傳感器相關(guān)聯(lián)的燈，如果有也打開相應(yīng)的燈并保持照明一段時間。這樣所有節(jié)點就會按照使用者制定的方案打開預(yù)期的照明回路，從而實現(xiàn)照明控制的智能化。
出人口控制節(jié)點(下面簡稱為控制節(jié)點)位于停車場的出人口處�？刂乒�(jié)點隨時監(jiān)聽CAN總線上的各種消息，當(dāng)某照明回路的狀態(tài)發(fā)生改變時，控制節(jié)點根據(jù)從上位機(jī)下載的狀態(tài)指示燈與照明回路的對應(yīng)關(guān)系，將其回路的狀態(tài)改變反映到狀態(tài)指示燈上。
1.3系統(tǒng)的工作原理
(1)基本節(jié)點中存儲著該節(jié)點控制的照明設(shè)備與其它節(jié)點的傳感器的互聯(lián)關(guān)系。當(dāng)某一基本節(jié)點接收到其它的基本節(jié)點發(fā)送的傳感器信息時，該基本節(jié)點搜索本地的互聯(lián)關(guān)系，并打開與此傳感器相關(guān)的照明設(shè)備；
(2)當(dāng)基本節(jié)點接收到上位機(jī)發(fā)送的上傳命令時，基本節(jié)點將存于本地的控制方案上傳到上位機(jī)；當(dāng)基本節(jié)點接收到上位機(jī)發(fā)送的下載命令時，基本節(jié)點將與之相關(guān)的控制方案下載到本地；
(3)基本節(jié)點利用與之相連的傳感器監(jiān)測車輛、人員的通過情況。當(dāng)有車輛、人員通過時，該基本節(jié)點便通過CAN總線向系統(tǒng)中的其它節(jié)點發(fā)送相關(guān)的傳感器的信息；
(4)主控節(jié)點中存儲著狀態(tài)指示燈與本系統(tǒng)中的各照明回路的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)主控節(jié)點的某一開關(guān)被按下時，主控節(jié)點便向與對應(yīng)照明回路相連的基本節(jié)點發(fā)送命令，打開指定回路的所有照明設(shè)備；
(5)當(dāng)主控節(jié)點接收到上位機(jī)發(fā)送的上傳命令時，主控節(jié)點將存于本地的互聯(lián)方案上傳到上位機(jī)；當(dāng)主控節(jié)點接收到上位機(jī)發(fā)送的下載命令時，基本節(jié)點將與之相關(guān)的互聯(lián)方案下載到本地；
(6)主控節(jié)點隨時監(jiān)聽CAN總線上的各種命令，并通過狀態(tài)指示燈隨時反映停車場的各個照明回路的狀態(tài)。
2 系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計
2．1 上位機(jī)的軟件設(shè)計
上位機(jī)采用普通的PC機(jī)，通過該系統(tǒng)的上層管理軟件可以完成控制方案的編輯、修改、下載和上傳。上位機(jī)可以通過CAN接口卡或者串口——CAN接口轉(zhuǎn)換器與該系統(tǒng)進(jìn)行連接。當(dāng)控制方案下載完成后，該系統(tǒng)就可以脫離上位機(jī)獨立運行。
上位機(jī)管理軟件的主要功能是：控制節(jié)點的狀態(tài)指示燈與該系統(tǒng)照明回路的對應(yīng)關(guān)系的編輯、下載和上傳；基本節(jié)點的照明回路與其它基本節(jié)點的傳感器互聯(lián)關(guān)系的編輯、下載和上傳；各種互聯(lián)關(guān)系的顯示、保存和讀�。煌＼噲龈髡彰骰芈窢顟B(tài)的監(jiān)控。
由于上位機(jī)管理軟件應(yīng)用組態(tài)技術(shù)，使用者可以很直觀地編輯、修改節(jié)點間的互聯(lián)關(guān)系。管理軟件通過CAN接口卡或者CAN(串口轉(zhuǎn)換器)同系統(tǒng)中的各個節(jié)點進(jìn)行交互，實現(xiàn)互聯(lián)關(guān)系的上傳和下載。
2．2 控制方案的配置與修改方法
使用者可以通過多種途徑生成一個適合于本地的停車場控制方案：通過傳統(tǒng)的表格的方式描述停車場各個節(jié)點的互聯(lián)關(guān)系；在停車場的平面圖中通過簡單的連線方式描述各個節(jié)點的互聯(lián)關(guān)系；通過上載原有的停車場控制方案，對其進(jìn)行修改，從而生成適合于本地的控制方案。
使用者也可以通過同樣的方式對停車場的控制方案進(jìn)行修改：通過修改互聯(lián)關(guān)系的表格從而修改停車場各個節(jié)點的互聯(lián)關(guān)系；運用組態(tài)方式，通過修改各個模塊之間的連線關(guān)系，從而修改各個節(jié)點的互聯(lián)關(guān)系。
2．3 控制節(jié)點的軟、硬件設(shè)計
2．3．1 控制節(jié)點的硬件設(shè)計
控制節(jié)點位于停車場的出人口處，主要用于對停車場內(nèi)的各照明燈回路進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并能夠?qū)崟r監(jiān)測、顯示各回路的狀態(tài)。
控制節(jié)點的硬件部分主要由控制器、CAN接口、外部存儲器、狀態(tài)指示燈、控制開關(guān)和看門狗等部分組成。CPU通過CAN控制器與CAN總線進(jìn)行連接；外部存儲器用于存儲該控制節(jié)點的狀態(tài)指示燈與系統(tǒng)中各照明回路的對應(yīng)關(guān)系，也可以作為控制器的緩沖區(qū)。由于系統(tǒng)中是通過CAN總線進(jìn)行通信的，最高的通信速率可以達(dá) 到1Mbps，所以對存儲器的存儲速度應(yīng)該具有一定的速度要求；狀態(tài)指示燈可以實時顯示停車場內(nèi)各個照明回路的開關(guān)狀態(tài)，使用者只要通過這些狀態(tài)指示燈就可以了解該停車場內(nèi)的照明情況；控制開關(guān)可以方便使用者通過手動方式控制停車場內(nèi)的各照明回路的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時使用者也可以通過其中的總開關(guān)打開停車場內(nèi)的所有照明燈。
為了便于相互識別，每個系統(tǒng)中的控制節(jié)點都有唯一的標(biāo)號，狀態(tài)指示燈與系統(tǒng)中回路的對應(yīng)關(guān)系是通過上位機(jī)的管理軟件下載的。
2．3．2 控制節(jié)點的軟件設(shè)計
控制節(jié)點軟件主要負(fù)責(zé)控制節(jié)點的初始化、狀態(tài)指示燈的顯示、控制開關(guān)的監(jiān)測和解釋、CAN總線命令的讀取和解釋、CAN總線命令的發(fā)送、外部存儲器的管理、中斷處理等。
基于以上的功能，控制節(jié)點軟件主要包括以下一些子程序：系統(tǒng)初始化子程序、CAN總線初始化子程序、狀態(tài)指示燈顯示控制子程序、控制開關(guān)解釋子程序、CAN命令解釋子程序、CAN命令發(fā)送子程序、外部存儲器讀取子程序、外部存儲器寫入子程序、CAN中斷處理程序、定時器中斷處理程序。
控制節(jié)點軟件的主要部分就是對CAN總線的編程和對外部存儲器的管理。根據(jù)控制的需要，在CAN總線上傳輸?shù)拿畋环譃閹最悾郝?lián)機(jī)命令、狀態(tài)指示燈與照明回路對應(yīng)關(guān)系的上傳和下載命令、照明回路的控制命令、總閘命令等�？刂乒�(jié)點軟件要對從上位機(jī)和其它基本節(jié)點傳送的所有的命令進(jìn)行解釋并做相應(yīng)的處理。當(dāng)節(jié)點數(shù)目較多，互聯(lián)關(guān)系變得比較復(fù)雜，存儲這些互聯(lián)關(guān)系所需要的空間也就比較大，這就需要用外部存儲器存儲這些關(guān)系表，并且軟件需要對這些關(guān)系表進(jìn)行有效管理。
2．4 基本節(jié)點的軟、硬件設(shè)計
2．4．1 基本節(jié)點的硬件設(shè)計
基本節(jié)點是控制系統(tǒng)中的照明設(shè)備和接收傳感器信號的基本單元。當(dāng)監(jiān)測到人員或車輛通過時，基本節(jié)點除了負(fù)責(zé)自身的照明回路的開關(guān)外也負(fù)責(zé)通知其它的節(jié)點，從而形成一個分布式的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
基本節(jié)點的結(jié)構(gòu)與控制節(jié)點相似，不同的是存儲器中存儲著本節(jié)點的照明回路與其它各基本節(jié)點的傳感器的邏輯關(guān)系表。其中CPU通過繼電器組實現(xiàn)對停車場內(nèi)各照明回路的控制。當(dāng)有人員或車輛通過時，停車場內(nèi)的傳感器通過傳感器組接口向CPU發(fā)送信號，從而實現(xiàn)該系統(tǒng)的監(jiān)測功能。8位撥碼開關(guān)用于指定該節(jié)點的序號�；竟�(jié)點的其它器件與控制節(jié)點相同。
2．4．2 基本節(jié)點的軟件設(shè)計
基本節(jié)點軟件主要負(fù)責(zé)基本節(jié)點的初始化、繼電器組的控制、撥碼開關(guān)的讀取、CAN總線命令的讀取和解釋、CAN總線命令的發(fā)送、外部存儲器的管理、中斷處理等。
基于以上功能，基本節(jié)點軟件主要包括以下一些子程序：系統(tǒng)初始化子程序、CAN總線初始化子程序、繼電器組控制子程序、撥碼開關(guān)讀取子程序、CAN命令解釋子程序、CAN命令發(fā)送子程序、外部存儲器讀取子程序、外部存儲器寫入子程序、CAN中斷處理程序、定時器中斷處理程序。
基本節(jié)點的軟件結(jié)構(gòu)與控制節(jié)點的相似，需要處理的命令也與控制節(jié)點相似�；竟�(jié)點軟件要對從上位機(jī)、控制節(jié)點和其它基本節(jié)點傳送的所有的命令進(jìn)行解釋并做相應(yīng)的處理。
3 系統(tǒng)的特點
(1)采用模塊化的設(shè)計：可以很方便地安裝、拆除該系統(tǒng)的某一部分或者全部；
(2)方便靈活的配置方案：用戶可以隨時修改、上傳、下載系統(tǒng)的控制方案；
(3)簡單易用的上層軟件：用戶可以通過上位機(jī)簡單直觀地設(shè)計適合本地的控制方案；
(4)高度的通用性：由于模塊化的設(shè)計，該系統(tǒng)可以很靈活地配置到不同的停車場中；
(5)較低的產(chǎn)品價格：相對于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以節(jié)省大量的布線、安裝的費用；
(6)節(jié)能：沒有人或者車輛通過時，系統(tǒng)自動關(guān)閉照明燈，從而大大延長照明設(shè)備的使用壽命。
4 結(jié)束語
該系統(tǒng)能夠大大降低現(xiàn)有的停車場照明系統(tǒng)的布線的復(fù)雜度，并且能夠有效延長照明設(shè)備的使用壽命，實現(xiàn)照明的智能化，具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
1 陽憲惠．現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，1999
2 馬國華．監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，2001
3 徐愛鈞．彭秀華．單片機(jī)高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計．電子工業(yè)出版社，1997
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