智能照明控制系统设计论文

本科毕业论文题目：楼宇智能照明控制系统设计院（部）：信息与电气工程学院专业：电气工程与自动化班级：电本0705姓名：季田田学号：2007082315指导教师：李全民曹丽霞完成日期：2011年6月5日目录摘要IVABSTRACTV1前言71.1选题背景和意义71.2课题关键问题及难点81.3调研综述81.3.1目前国内、国外该项目的研究状况81.3.2目前项目的发展趋势91.4主要研究内容92基于CAN总线的系统结构102.1CAN技术简介102.2基于CAN总线的控制系统网络拓扑结构112.3CAN总线系统的通信方式122.4CAN总线的分层结构122.5CAN总线报文格式与类型132.5.1数据帧132.5.2.远程帧142.5.3出错帧142.5.4超载帧152.5.5错误检测152.6本系统结构及特点163．智能照明系统的硬件设计183.1系统简介183.2CAN通信接口模块的设计183.2.1芯片介绍183.2.2SJA1000工作原理203.2.3基于SJA1000的CAN总线硬件接口电路设计213.2.4采用MAX232芯片接口ＰＣ机与单片机的连接223.3控制面板模块的设计233.3.174HC164芯片说明233.3.2显示部分设计253.3.3键盘部分设计263.3.4基于74HC164的中断串行键盘硬件设计273.3.5矩阵式键盘的按键识别方法283.4智能继电器模块283.4.1电压-频率变换器LM331的介绍293.4.2继电器模块基本原理结构303.4.3整流模块设计303.4.4V/F转换器LM331模块313.4.5光电耦合器6N137323.4.6单片机AT89C51模块323.5传感器模块343.5.1热释电传感器的工作原理343.5.2芯片介绍363.5.3热释电传感器原理373.5.4照度传感器的设计383.5.5A/D转换部分393.6调光模块413.6.1电子镇流器调光功能的主要实现方法423.6.2基于IR2159的荧光灯可调光电子镇流器的电路设计433.6.3基于IR21592的调光电子镇流器443.7远程控制模块463.7.1芯片介绍463.7.2工作原理483.8看门狗电路503.8.1X5045芯片引脚及功能介绍503.8.2看门狗电路的工作原理513.8.3基于X5045的复位电路硬件设计523.9小结524.智能照明系统的软件电路设计524.1CAN通信接口模块软件设计534.2控制面板模块软件设计554.3智能继电器模块软件设计584.5调光模块软件设计614.6小结625结论625.1主要结论625.2不足与展望63谢辞65参考文献66摘要随着社会的进步,建筑设计也向着更舒适、安全和节省能源的方向发展。智能照明系统充分利用电子技术、通信技术和计算机网络技术将建筑物内的各种照明器具有机的连接在一起，实现有效的管理和控制。智能照明系统正是智能家居的趋势之一。针对传统照明系统布线麻烦、节能效果差等缺点，我们设计开发了基于CAN总线技术的智能照明系统。系统中的智能灯光节点能够根据外界光强自适应调整自身灯光亮度，周期性采集室内光强、有无人进出等环境信息，并及时响应用户的控制命令。本文主要介绍了智能调光系统及设计过程中的关键技术环节,包括CAN总线技术的应用，系统网络设计、智能继电器、控制面板、传感器和红外遥控技术,并描述了智能调光系统的主要应用。关键词：CAN总线；智能继电器；智能调光；红外遥控DesignofBuildingIntelligentLighting-ControlSystemABSTRACTAlongwiththesocialprogress,thedesignofbuildingtowardsamorecomfortable,safeandenergy-savingdirection.Toachieveeffectivemanagementandcontrolof.building,intelligentlightingsystemmakefulluseofelectronictechnology,communicationandcomputernetworktechnologytoavarietyoflightingfixtureswithinthebuildingtogetherorganically.Intelligentlightingsystemisjustthetrendsofintelligenthome.Wedesignanddevelopmentofintelligentlightingsystems.basedonCANbustechnology,takingintoaccountthatittroubleforwiring,andpoorenergyefficiencydrawbackintraditionallightingsystem.Intelligentnodeintheintelligentlightingsystemcanaccordingtooutsidelightlevelsadaptiveadjustmentitslightintensity,collectedindoorlightintensityperiodically,testingiftherehaspeopleinoroutandtimelyresponsetousercontrolcommands.Thispaperdescribesthedesignofintelligentlightsystemandkeytechniquesintheprocess,includingtheCAN-bustechnology,thedesignofnetworksystemintelligentrelays,controlpanels,sensorsandinfraredremotecontroltechnology,anddescribesthemajorintelligentlightsystemapplication.KeyWords:CANbus;intelligentrelay;intelligentlight;infraredremotecontrol1前言1.1选题背景和意义随着信息控制技术的发展,现代化建筑中的楼宇自控设备和不同功能的系统越来越多,越来越复杂。但无论何种建筑,也不论该建筑的智能化程度有多高,照明控制一直在其楼宇自控系统中占据十分重要的位置。目前，我国照明用电占建筑用电的20%-30%，该项目是一种基于单片机89C51和CAN总线的智能照明系统硬、软件设计。该系统可根据对光强度的不同需求，均匀调节环境内光照强度，实现室内照明的人性化、个性化。传统的控制方法是将被控制的设备用连线引入控制室,这样不仅造成电力电缆铺设过多,增加了投资成本,而且还大大增加了灯回路的辐射干扰,对空间电磁环境造成了污染。智能照明控制系统为现代化建筑楼宇照明提供了新途径—微机型灯光控制系统。它采用网络控制技术,使得照明灯的电力线路可以不再经过控制室,而直接引入顶棚或马道。这种控制方法不仅可以方便地控制灯光的亮度,还减少了电力线路及相应设施投资,减少了灯回路的辐射干扰,而且可以使灯回路采用母线方式布线,线路规整,便于安装维修。但在目前使用的微机型灯光控制系统中,由于网络通信大多采用RS-232、RS-485、20mA电流环等通信方式[1],因而普遍存在通信距离短、数据传输速度慢、误码率高、可靠性差等问题[2]。CAN总线是现场总线的一种,具有通信速率高、开放性好、报文短、纠错能力强以及控制简单、扩展能力强、系统成本低等技术特点和一系列优点。CAN是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。其特点有：（1）CAN总线通信接口集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等工作。（2）CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。（3）CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线的微机灯光控制系统就是采用现场总线控制技术[3],构成全分散式微机灯光控制系统,有效地解决了微机型灯光控制系统的不足。CAN总线所需的完善的通信协议[4]可由CAN控制器芯片和接口芯片实现,大大降低了系统的开发难度、组成成本,缩短了开发周期。该系统投资少、功能强、可靠性高、便于扩展,特别适合大型的智能办公大厦对灯光设备的控制需要。在市场上具有强劲的竞争力。1.2课题关键问题及难点该课题的关键技术是CAN总线技术。CAN（controllerareanetwork）是一种有效支持分布式实时控制的串行通信网络。CAN总线控制器可工作于多种方式，并采用无损结构逐位仲裁竞争方式向总线发布数据(它废除了站地址编码，代之以对通信数据进行编码，这可使不同节点同时接收到相同的数据，使CAN总线构成的网络测控节点之间的数据通信实时性更强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和灵活性(其次，CAN总线通过CAN控制器接口芯片PAC82C250的2个输出端CANH和CANL与物理总线相连(当系统有错误出现多节点同时向总线发送数据时，系统将不会出现总线短路，损坏某些节点的问题，而且CAN节点在错误严重情况下具有自动关闭功能，保证不会出现RS485网络中因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。难点在于采用CAN总线技术组网，连接各种类型的照明控制装置，来实现能量管理，实现照明的定时控制和按需求控制等功能。1.3调研综述1.3.1目前国内、国外该项目的研究状况从20世纪60年代开发了白炽灯、荧光灯、高强度放电灯所使用的电子调光器[5]，到20世纪90年代以来，国外以计算机技术为基础开发出灯光自动调光系统、自动关停系统和自动补偿系统，也称“智能照明”的新型照明控制系统，并已有定型产品得以良好的推广和运用，使建筑照明由传统控制走向计算机控制或无人控制的新领域。自1984年美国建成第一座智能建筑以来的十几年中,在世界范围内,智能建筑以一种崭新的面貌和技术,迅速在各地展开。尤其是亚洲的日本、新加坡、台湾等国家和地区,为了适应智能建筑的发展,进行了大量的研究和实践,相继建成了一批具有智能化的建筑。我国在20世纪(以下同)80年代末着手编制建设部的《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92时,也开始涉及到智能建筑的理念,并提到了楼宇自动化和办公自动化,直到90年代初智能建筑这一概念才逐渐被越来越多的人们所认识和接受,尤其是在1993-1995年期间,全国上下许多大中城市的房地产商都将自己开发兴建的建筑标以“智能建筑”,“全智慧型建筑”“3A型智能建筑”,“5A型智能建筑”等等,一时间智能建筑成了房地产商开发销售的热点。近几年，我国高层建筑迅猛发展，这种智能型照明控制系统也已悄然进入了我国建筑行业。目前，上海金茂大厦，山东世界贸易中心等建筑已应用了这种智能型照明控制系统。1.3.2目前项目的发展趋势本世纪80年代以来,随着计算机技术和网络技术的发展,带来了信息科学技术的革命,尤其是信息高速公路热引发了一场新的革命,使人们突破了时间、空间及计算技术的束缚,实现了多个对象间的直接信息交流。信息成为社会经济、科技等赖以发展的一项重要资源,信息化成为一个城市现代化程度的最高标志之一。在国内一些经济发达的大城市如上海、深圳、大连等,纷纷开展自己的信息化建设,建立起集语言、数据、视频图像为一体的多媒体宽带综合业务数字网,并将光纤入户作为远期目标,故纷纷要求各建筑物或建筑群应建立交换间,进行电话、数据、电视信息分配,并规定今后新建灭火系统,大楼一律采用综合布线系统,以避免重建或多次反复布线设计与施工。在这种趋势下照明控制系统也越来越趋向于智能化。现场总线技术