LIN總線技術(shù)在教學(xué)樓照明系統(tǒng)中的應(yīng)用

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)組成

教學(xué)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(dòng)態(tài)傳感器和照度傳感器等，系統(tǒng)使用通用計(jì)算機(jī)作為主控中心，通過(guò)通訊裝置與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通訊。計(jì)算機(jī)上可直接實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、故障報(bào)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(dú)立工作，也可以由計(jì)算機(jī)中心控制。動(dòng)態(tài)傳感器利用紅外線或超聲波的原理，自動(dòng)識(shí)別房間內(nèi)是否有人存在，從而給控制器發(fā)送信號(hào)，實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈亮，人走燈滅”的動(dòng)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(guò)感應(yīng)外部自然光源的照度來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)照明的亮度，實(shí)現(xiàn)智能探測(cè)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(gè)教學(xué)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(gè)教室內(nèi)組成一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)需要設(shè)置LIN從節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

主機(jī)節(jié)點(diǎn)采集本地各控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，并接受上層網(wǎng)絡(luò)CAN總線上的遠(yuǎn)程信息，據(jù)此產(chǎn)生控制指令，并將指令轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)IN報(bào)文幀，通過(guò)LIN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給相應(yīng)從機(jī)節(jié)點(diǎn)。從機(jī)節(jié)點(diǎn)通過(guò)收發(fā)器TJA1020接收到與自己相關(guān)的報(bào)文幀后，對(duì)報(bào)文幀進(jìn)行拆封、解讀，然后根據(jù)獲得的指令控制相應(yīng)的執(zhí)行器動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)照明燈狀態(tài)的控制。同時(shí)，在需要時(shí)從機(jī)節(jié)點(diǎn)分別將其控制部件所處狀態(tài)反饋給主機(jī)節(jié)點(diǎn)，主機(jī)節(jié)點(diǎn)再將該狀態(tài)信息通過(guò)指示燈等形式通過(guò)CAN總線發(fā)給其他控制單元。

從節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)分為兩個(gè)模塊，即傳感器模塊和執(zhí)行器模塊。傳感器用于檢測(cè)室內(nèi)光線度等信息，當(dāng)傳感器檢測(cè)到有人時(shí)，立刻判斷此時(shí)教室內(nèi)的光線是否適合學(xué)習(xí)，并將此信息通過(guò)LIN總線傳給主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)收到消息后，判斷該情況對(duì)應(yīng)的燈光控制模式，然后向LIN總線發(fā)送帶相應(yīng)標(biāo)識(shí)符場(chǎng)的報(bào)文頭，啟動(dòng)一次主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的LIN總線通信。等待LIN總線處理該報(bào)文幀之后，主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)一次從節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的LIN總線通信，該從節(jié)點(diǎn)即為前一次LIN總線通信中，接收到主節(jié)點(diǎn)命令的從節(jié)點(diǎn)。如果主節(jié)點(diǎn)接收到的從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)與理論上應(yīng)該收到的數(shù)據(jù)不符，主節(jié)點(diǎn)上的報(bào)錯(cuò)指示燈點(diǎn)亮，并可以顯示發(fā)生故障的從節(jié)點(diǎn)號(hào)碼。

3.3 LIN節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)

LIN網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)節(jié)點(diǎn)和從機(jī)節(jié)點(diǎn)采用MCS-51系列單片機(jī)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(jī)?？臻e方式停止CPU工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)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(gè)硬件復(fù)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?？刂破髟赥XD管腳輸入的發(fā)送數(shù)據(jù)流通過(guò)LIN收發(fā)器轉(zhuǎn)換成LIN總線信號(hào)，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(diǎn)設(shè)計(jì)

LIN主節(jié)點(diǎn)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(guò)程中，主從節(jié)點(diǎn)在大部分時(shí)間里是以標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的同步。在同步過(guò)程中，主、從節(jié)點(diǎn)所執(zhí)行的操作是不同的：主機(jī)節(jié)點(diǎn)的任務(wù)是要發(fā)送報(bào)文頭，從節(jié)點(diǎn)的任務(wù)是接收和判斷報(bào)文頭，實(shí)現(xiàn)與主節(jié)點(diǎn)的同步。

報(bào)文頭的間隔場(chǎng)是一個(gè)基于主機(jī)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘頻率的13個(gè)以上位時(shí)（bit time）和至少1個(gè)位時(shí)的間隔界定符。對(duì)主節(jié)點(diǎn)來(lái)講，這一部分是實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)功能的關(guān)鍵。一般情況下，串行口和I/O口（TXD,RXD）都是復(fù)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(shí)器在TXD/P3.1管腳上延時(shí)一個(gè)13個(gè)bit位定時(shí)的時(shí)間的低電平。也就是相當(dāng)于在發(fā)送之前，控制TXD為高電平，在發(fā)送開(kāi)始的時(shí)候，首先在該管腳輸出一個(gè)低電平，利用定時(shí)器延時(shí)13bit位的時(shí)間，然后再拉高。

同步場(chǎng)的作用是使LIN從機(jī)和主機(jī)位速率同步，從而正確接收?qǐng)?bào)文。當(dāng)利用中斷和定時(shí)器進(jìn)行判別同步間隔后，就可以接收同步場(chǎng)。當(dāng)主從節(jié)點(diǎn)的位速率相同時(shí)，同步場(chǎng)的數(shù)據(jù)可當(dāng)串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，沒(méi)有特殊的意義。