LIN總線技術(shù)在教學樓照明系統(tǒng)中的應用

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)組成

教學樓照明控制系統(tǒng)的基本組成包括主控中心、照明控制器、動態(tài)傳感器和照度傳感器等，系統(tǒng)使用通用計算機作為主控中心，通過通訊裝置與網(wǎng)絡實現(xiàn)通訊。計算機上可直接實現(xiàn)編程、監(jiān)控、故障報警等功能。照明控制器是智能照明控制系統(tǒng)的核心部分，既可獨立工作，也可以由計算機中心控制。動態(tài)傳感器利用紅外線或超聲波的原理，自動識別房間內(nèi)是否有人存在，從而給控制器發(fā)送信號，實現(xiàn)“人來燈亮，人走燈滅”的動態(tài)控制功能。照度傳感器核心部件是光電耦合器，照度傳感器通過感應外部自然光源的照度來調(diào)節(jié)室內(nèi)照明的亮度，實現(xiàn)智能探測和智能調(diào)節(jié)的功能。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。每個教學樓的燈光控制系統(tǒng)干線采用CAN總線，支線采用LIN總線。每個教室內(nèi)組成一個LIN網(wǎng)絡，根據(jù)需要設置LIN從節(jié)點的個數(shù)。

主機節(jié)點采集本地各控制開關(guān)的狀態(tài)，并接受上層網(wǎng)絡CAN總線上的遠程信息，據(jù)此產(chǎn)生控制指令，并將指令轉(zhuǎn)換為LIN報文幀，通過LIN網(wǎng)絡發(fā)送給相應從機節(jié)點。從機節(jié)點通過收發(fā)器TJA1020接收到與自己相關(guān)的報文幀后，對報文幀進行拆封、解讀，然后根據(jù)獲得的指令控制相應的執(zhí)行器動作，從而實現(xiàn)對各個照明燈狀態(tài)的控制。同時，在需要時從機節(jié)點分別將其控制部件所處狀態(tài)反饋給主機節(jié)點，主機節(jié)點再將該狀態(tài)信息通過指示燈等形式通過CAN總線發(fā)給其他控制單元。

從節(jié)點的設計分為兩個模塊，即傳感器模塊和執(zhí)行器模塊。傳感器用于檢測室內(nèi)光線度等信息，當傳感器檢測到有人時，立刻判斷此時教室內(nèi)的光線是否適合學習，并將此信息通過LIN總線傳給主節(jié)點，主節(jié)點收到消息后，判斷該情況對應的燈光控制模式，然后向LIN總線發(fā)送帶相應標識符場的報文頭，啟動一次主節(jié)點向從節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的LIN總線通信。等待LIN總線處理該報文幀之后，主節(jié)點啟動一次從節(jié)點向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的LIN總線通信，該從節(jié)點即為前一次LIN總線通信中，接收到主節(jié)點命令的從節(jié)點。如果主節(jié)點接收到的從節(jié)點數(shù)據(jù)與理論上應該收到的數(shù)據(jù)不符，主節(jié)點上的報錯指示燈點亮，并可以顯示發(fā)生故障的從節(jié)點號碼。

3.3 LIN節(jié)點實現(xiàn)

LIN網(wǎng)絡的主機節(jié)點和從機節(jié)點采用MCS-51系列單片機AT89C51和PHLIP的TJA1020收發(fā)器組成，LIN協(xié)議控制器AT89C51是低功耗/低電壓、高性能CMOS 8位單片機?？臻e方式停止CPU工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。TJA1020是LIN主/從協(xié)議控制器和LIN物理總線之間的接口。它使用的波特率可從2.4到20Kbits/s。控制器在TXD管腳輸入的發(fā)送數(shù)據(jù)流通過LIN收發(fā)器轉(zhuǎn)換成LIN總線信號，并由收發(fā)器控制轉(zhuǎn)換速率和波形，減少EME。

3.3.1 LIN主節(jié)點設計

LIN主節(jié)點硬件原理如圖2所示。由LIN協(xié)議的分析可知，在一次幀通信過程中，主從節(jié)點在大部分時間里是以標準的串行通信數(shù)據(jù)幀的形式交換數(shù)據(jù)的，通信的關(guān)鍵是要實現(xiàn)主節(jié)點和從節(jié)點的同步。在同步過程中，主、從節(jié)點所執(zhí)行的操作是不同的：主機節(jié)點的任務是要發(fā)送報文頭，從節(jié)點的任務是接收和判斷報文頭，實現(xiàn)與主節(jié)點的同步。

報文頭的間隔場是一個基于主機節(jié)點時鐘頻率的13個以上位時（bit time）和至少1個位時的間隔界定符。對主節(jié)點來講，這一部分是實現(xiàn)主節(jié)點功能的關(guān)鍵。一般情況下，串行口和I/O口（TXD,RXD）都是復用的，本系統(tǒng)中首先利用TXD管腳，將其作為I/O口使用，在程序中利用定時器在TXD/P3.1管腳上延時一個13個bit位定時的時間的低電平。也就是相當于在發(fā)送之前，控制TXD為高電平，在發(fā)送開始的時候，首先在該管腳輸出一個低電平，利用定時器延時13bit位的時間，然后再拉高。

同步場的作用是使LIN從機和主機位速率同步，從而正確接收報文。當利用中斷和定時器進行判別同步間隔后，就可以接收同步場。當主從節(jié)點的位速率相同時，同步場的數(shù)據(jù)可當串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，沒有特殊的意義。