LIN總線技術(shù)在教學樓照明系統(tǒng)中的應用

1 引言

據(jù)調(diào)查，目前大多高校教學樓照明用電的管理基本是處于一種粗放式的管理狀態(tài)。其管理有三種模式：1）無專人管理，由學生自行控制開啟，再由值日學生在中午、下午和晚自習后關(guān)閉燈具；2）利用定時開關(guān)，根據(jù)作息時間開啟和關(guān)閉整個教學樓的照明電源；3）由專人負責，即管理人員根據(jù)作息時間和天氣情況分樓或分層送電。這三種管理模式都不同程度地存在著布線復雜、浪費電能、無法及時地保證各個教室的照度以及控制的準確程度低等缺陷[1]。在教學樓中引入智能照明系統(tǒng)可以有效地提高管理水平，改善工作和學習環(huán)境，達到良好的節(jié)能效果。

目前，智能照明控制系統(tǒng)按網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)主要分為總線式和以星形結(jié)構(gòu)為主的混合式[2]。本文設計的教學樓智能照明系統(tǒng)采用CAN/LIN混合網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，即干線采用CAN（Controller Area Network）總線，支線采用LIN（Local Interconnect Network）總線。CAN網(wǎng)絡是一種架構(gòu)開放、廣播式的新一代網(wǎng)絡通信協(xié)議，具有很高的可靠性，高速、長距離傳輸，開發(fā)系統(tǒng)廉價。LIN總線最初用于實現(xiàn)汽車內(nèi)部諸多電子控制單元之間的通信，作為子網(wǎng)絡，用于一些不需要諸如CAN總線的帶寬和多功能場合。但是LIN的應用并不局限于汽車領域，在諸如工業(yè)控制領域也占有廣闊的應用地位和前景。

由于LIN總線基于通用UART接口，幾乎所有微控制器都具備LIN必需的硬件，網(wǎng)絡采用極少的信號線（一根12V信號總線和一個無固定時間基準的節(jié)點同步時鐘線），設備硬件成本低。使用LIN總線作為總線型樓宇智能照明控制系統(tǒng)的子網(wǎng)絡，可以兼顧通訊可靠，節(jié)省成本。

2 LIN總線通信規(guī)則

LIN的工作原理是基于單主/多從概念。如圖1所示，在一個LIN網(wǎng)絡中，由一個主節(jié)點以及多個從節(jié)點構(gòu)成，主節(jié)點由主機任務和從機任務組成。而所有從機節(jié)點只包含從機任務。主節(jié)點用于控制LIN總線，它通過對從節(jié)點進行查詢，將數(shù)據(jù)發(fā)布到總線上。從節(jié)點僅在主節(jié)點的命令下發(fā)送數(shù)據(jù)，從而在無需仲裁的情況下實現(xiàn)雙向通訊。

LIN協(xié)議的發(fā)送是由報文實現(xiàn)的，每個報文由主機節(jié)點發(fā)出的報文頭和主機或從機節(jié)點發(fā)出的報文響應組成。如圖2所示。報文的傳送是在主節(jié)點發(fā)出一個同步間隔場后開始的，然后跟隨的是同步場和標識符字節(jié)。主節(jié)點通過在發(fā)送同步場可設定整個總線時鐘。標識符字節(jié)告訴LIN總線隨后將發(fā)送的是什么數(shù)據(jù)，并指明哪個節(jié)點應該應答及應答的長度是多少。對于給定的命令，只有一個從節(jié)點可以應答。從機任務接收標識符后對標識符進行濾波確認，當標識符表明節(jié)點與本次通信有關(guān)時，發(fā)送由數(shù)據(jù)和校驗組成的響應。從節(jié)點僅在主節(jié)點的控制下在LIN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)。一旦數(shù)據(jù)發(fā)布到總線上，任何節(jié)點都可以接收該數(shù)據(jù)。因此，一個從節(jié)點向其它從節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)無需主節(jié)點干預。由于LIN協(xié)議使用低成本RC振蕩器，因此從節(jié)點必須檢測主節(jié)點每次發(fā)送的波特率，并調(diào)整為當前速率[3]。

LIN總線可以用軟件編程實現(xiàn)各種特性，也可以通過軟/硬件功能增添新的特性，這樣不同的模塊就都可以用一個硬件或一個軟件平臺實現(xiàn)。LIN總線的靈活性有利于降低生產(chǎn)和軟/硬件維護方面的成本。因為LIN總線協(xié)議非常簡單，所以用質(zhì)優(yōu)價廉的8位單片機就可以實現(xiàn)，從而降低系統(tǒng)總成本。