摘要：本文提出了一種基于CAN總線的分布式停車場燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，介紹了該智能控制系統(tǒng)的軟件、硬件設(shè)計方法。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、高可靠性、高性能價格比等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：CAN總線 停車場照明智能控制 組態(tài)技術(shù) CAN（Controller Area Network——控制器局域網(wǎng)）是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有可靠性高、成本低、配置靈活、數(shù)據(jù)傳輸距離遠、數(shù)據(jù)傳輸速率快等優(yōu)點，已經(jīng)成為國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 目前大部分的地下停車場都需要大量的照明設(shè)備進行長期照明，采用傳統(tǒng)的連續(xù)照明方式或聲控照明方式很難實現(xiàn)照明的自動控制，且會造成巨大的能源浪費和設(shè)備損耗。國外雖然有類似的燈光智能控制系統(tǒng)，但價格很高，限制了它的廣泛應(yīng)用。本文提出了一種基于CAN總線技術(shù)開發(fā)的分布式停車場燈光智能控制系統(tǒng)，能夠解決停車場內(nèi)照明智能控制問題，降低停車場內(nèi)的布線復(fù)雜度，減少安裝費用并大大延長停車場內(nèi)照明設(shè)備的使用壽命，具有良好的應(yīng)用前景。 1 分布式停車場燈光智能控制系統(tǒng)的基本原理 該智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要由上位機、CAN適配器、控制節(jié)點（包括出入口控制節(jié)點和現(xiàn)場控制節(jié)點）等部分構(gòu)成，各節(jié)點間通過CAN總線進行通信。 當(dāng)有車輛進入停車場時，可以根據(jù)車牌號決定該車入庫時的行車路線及車位，根據(jù)預(yù)定的行車路線，選擇相應(yīng)的照明控制方案。 各現(xiàn)場控制節(jié)點檢測各通道入口是否有車輛經(jīng)過，當(dāng)檢測到過往車輛時，控制器打開車輛附近相關(guān)的照明回路，同時通過CAN總線向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)布消息；其他節(jié)點根據(jù)接收到的消息以及事先預(yù)定的控制方案打開有關(guān)的照明回路。 在出入口的控制節(jié)點可以實時監(jiān)測并顯示各個照明回路的開關(guān)狀態(tài)。同時出入口節(jié)點也可根據(jù)需要進行手工控制，實現(xiàn)對停車場內(nèi)每一個回路的開關(guān)控制，以應(yīng)付一些緊急事件。 為了讓系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的使用環(huán)境，同時能夠根據(jù)用戶的需要隨時改變照明方案，該系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程技術(shù)，可由上位機通過CAN總線，將各個節(jié)點的控制方案下載到各控制節(jié)點，實現(xiàn)照明方案的現(xiàn)場編輯、現(xiàn)場修改及現(xiàn)場下載。 系統(tǒng)中CAN適配器的作用是將CAN總線上的命令通過串口或USB口傳給上位機，也可以將上位機的命令轉(zhuǎn)換成CAN命令發(fā)送給系統(tǒng)中的其它節(jié)點。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 控制節(jié)點按功能可以劃分為不同的類型，但是其基本的結(jié)構(gòu)相同。控制節(jié)點的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要由微控制器、CAN總線驅(qū)動器、外部存儲器、串行接口、電源部分等組成。 微控制器采用PHILIPS公司的P87C591，P87C591 是一個單片8 位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN 控制器，它采用了80C51 指令集并成功的包括了Philips 半導(dǎo)體SJA1000 CAN 控制器的Pelican 功能（該模式支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議），同時該微控制器具有內(nèi)置看門狗，內(nèi)部程序存儲器為16K字節(jié)。采用該控制器可以大大簡化電路設(shè)計并節(jié)省應(yīng)用空間。 外部存儲器的作用是存儲從上位機下載下來的控制方案。外部存儲器采用RAMTRON公司的FM25640。該芯片采用鐵電存儲技術(shù)，具有高速非易失的特性，采用SPI接口連接，容量是64K位。該芯片用于存儲節(jié)點間的控制方案，同時也可以當(dāng)作系統(tǒng)的緩沖區(qū)。 繼電器接口用于連接控制節(jié)點與照明回路，通過該接口控制節(jié)點可以控制照明設(shè)備的開關(guān)。 串行接口電路采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口芯片——MAX202，使用該接口可以使節(jié)點在無需連接網(wǎng)絡(luò)的情況下也可以進行節(jié)點間互連關(guān)系的上傳和下載，同時也可以當(dāng)作調(diào)試的接口。8位撥碼開關(guān)用于設(shè)定節(jié)點的邏輯地址，各個節(jié)點根據(jù)這個邏輯地址進行相互識別。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 3.1 上位機管理軟件設(shè)計 上位機管理軟件實現(xiàn)的主要功能如下： 1） 系統(tǒng)控制方案的新建、修改、保存：用戶可以通過管理軟件建立并修改控制方案，或者將控制方案以文件形式保存，以備以后使用。 2） 系統(tǒng)控制方案的上傳、下載：管理軟件可以將網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的所存儲的控制方案上傳到上位機，也可以將控制方案通過CAN總線下載到各個節(jié)點中去。 3） 實時監(jiān)測系統(tǒng)各個回路的狀態(tài)：系統(tǒng)通過CAN接口卡可以實時監(jiān)測CAN總線上傳送的各種命令，并可以在上位機上顯示出各個回路的開關(guān)狀態(tài)。 4） 控制系統(tǒng)各回路的開關(guān)狀態(tài)：用戶可以通過管理軟件向系統(tǒng)中其它節(jié)點發(fā)送控制命令，控制系統(tǒng)中任意回路的開關(guān)。 上位機管理軟件采用組態(tài)技術(shù)和圖形化編輯界面，用戶可以通過組態(tài)方式或者通過表格方式建立、修改控制方案。管理軟件也通過圖形方式實時顯示系統(tǒng)中各個回路的狀態(tài)的。 3.2 控制節(jié)點的軟件設(shè)計 3.2.1 控制節(jié)點軟件實現(xiàn)功能 控制節(jié)點軟件實現(xiàn)的主要功能如下： 1） 系統(tǒng)的初始化：包括串口的初始化、CAN控制器的初始化、定時器的初始化以及系統(tǒng)主要變量的初始化。 2） 外部存儲器資源的分配、管理：包括對FM25640讀寫的基本操作，以及建立在這些操作上的對節(jié)點控制方案的管理。 3） CAN命令的發(fā)送、接收及解釋：包括對其它節(jié)點發(fā)送的CAN命令的接收、識別、解釋，以及相應(yīng)的應(yīng)答命令的發(fā)送。 4） 串口命令的發(fā)送、接收及解釋：包括串口命令的接收、識別、解釋，以及相應(yīng)的應(yīng)答命令的發(fā)送。 5） 傳感器信號的檢測：包括傳感器組的連續(xù)檢測，以及檢測到信號時所進行的相應(yīng)處理。 6） 照明回路的控制。 7） 定時器的管理。 3.2.2 控制節(jié)點軟件工作流程 控制節(jié)點的程序采用C51設(shè)計，這樣可以大大簡化程序設(shè)計的復(fù)雜度?？刂乒?jié)點的主程序框圖如圖3所示。 在系統(tǒng)初始化后，程序循環(huán)查詢傳感器接口、串口和CAN接口。當(dāng)檢測到傳感器有信號輸出時，程序在打開附近的照明回路的同時也通過CAN總線向其他節(jié)點發(fā)送該傳感器的信息。其余的控制節(jié)點一旦接收到該信息，便會查詢存儲在外部存儲器中的控制方案信息，然后打開與該傳感器相關(guān)聯(lián)的照明回路，從而實現(xiàn)控制方案指定的照明方式。 控制節(jié)點的CAN中斷程序的框圖如圖4所示。當(dāng)節(jié)點接收到一條CAN幀，中斷處理程序讀出該命令，并置CAN命令接收標(biāo)志，等待命令處理子程序的處理。 為了方便控制節(jié)點的安裝與調(diào)試，在主程序中特別加入了串口處理程序。使用者可以通過發(fā)送串口命令測試控制節(jié)點的各項功能，也可以通過串口上傳、下載控制方案。 3.2.3 現(xiàn)場可編程功能的實現(xiàn) 為了實現(xiàn)該系統(tǒng)的現(xiàn)場可編程功能，每一個控制節(jié)點都應(yīng)該存儲本節(jié)點的照明回路與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點的傳感器的邏輯關(guān)系表。邏輯關(guān)系表的結(jié)構(gòu)如下： 上表表示節(jié)點的各個照明回路與系統(tǒng)中某一節(jié)點的的傳感器（包括本節(jié)點）的互連關(guān)系。如果表項中對應(yīng)值為1，則表示對應(yīng)的照明回路與傳感器相關(guān)聯(lián)，一旦傳感器有信號，相關(guān)的照明回路就會被打開。關(guān)系表中的各項的值可以隨時改變，并通過上位機或串口重新下載到存儲器中。 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有N個控制節(jié)點，每一個節(jié)點中將會存儲N-1張關(guān)系表，對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中的其余N-1個節(jié)點。一旦某一節(jié)點在CAN上發(fā)送傳感器消息，其余的節(jié)點接收到該消息后就會從對應(yīng)于發(fā)出消息的節(jié)點的關(guān)系表中查找與該傳感器關(guān)聯(lián)的照明回路并打開這些回路。這樣一旦有車輛進入停車場，該控制系統(tǒng)就會打開控制方案規(guī)定的所有的照明回路，實現(xiàn)照明的智能化。 4 結(jié)束語 通過對系統(tǒng)軟件、硬件的反復(fù)調(diào)試，該分布式燈光智能控制系統(tǒng)顯示出了傳統(tǒng)的停車場燈光控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性，可以有效減少小區(qū)地下停車場照明系統(tǒng)的安裝和維護費用，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價值。