摘要：文章提出了一种基于CAN总线技术的照明智能控制系统。该系统可以有效地解决目前高层住宅的地下停车场面临的能耗、材耗问题，同国外同类产品相比，具有较-高的性价比。

关键词：停车场 照明 智能控制系统 设计 实现

目前很多在建和已建高层住宅大部分都建有地下停车场，这些停车场一般都有多个人员出入口和多个车辆出入口，由于这些停车场面积大、光线差，需要大量的照明设备长期照明。如果用通常的控制方法则需要的线路较长，而且回路复杂，由于各出人口与行车路线之间不是简单的一一对应关系，因此很难用简单的强电控制方式实现停车场内部照明的自动控制，通常只能采用连续照明方式。有的地方虽然采用红外或声控开关来控制照明，但是只能对某一个小区域(如出入楼梯口处)实现自动控制，而不能对全部停车场照明实现自动控制。这样不仅造成巨大的能源浪费和设备损耗，也给小区的物业管理造成很大的经济负担。
几乎所有的高层住宅都存在这样的问题，国外已经开发出类似的智能照明控制系统解决以上的问题，但是产品的价格很高；国内市场上尚无此类的产品出现，本文设计的智能照明控制系统则可以填补此项空白。

1 系统简介

1．1 系统实现的功能

使用者可以根据本地停车场的具体情况编辑适合于自己的照明控制方案，下载到系统的各节点中。当有人员或者车辆进入停车场时，该照明智能控制系统能够根据照明控制方案对停车场内指定的照明设备进行控制，实现照明的智能控制。

1．2 系统组成

该系统由上位机、出人口控制节点和基本节点等组成，各个部分通过CAN总线进行连接。
　　CAN总线是Bosch公司为现代汽车应用而推出的一种总线，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN总线为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。基于以上特点，该系统选用CAN总线作为该系统的数据传输总线。
　　上位机将系统中所有节点的控制方案下载到相应的节点中后，各节点将根据这些从上位机下载的节点间的互联关系表完成与有关节点的交互。
　　基本节点与一定数量的传感器回路和照明回路相连。当传感器监测到附近有人员或车辆经过时，传感器向与之相连的基本节点发送信号；基本节点接收到此传感器的信号后搜索从上位机下载的本节点的传感器与照明灯的互联关系，判断本节点上是否有与之关联的灯，有则点亮此灯并保持照明一段时间，同时该基本节点也通过CAN总线向其它基本节点发送该传感器的消息；当其它的基本节点收到此消息时，同样根据互联关系表判断本节点是否有与此传感器相关联的灯，如果有也打开相应的灯并保持照明一段时间。这样所有节点就会按照使用者制定的方案打开预期的照明回路，从而实现照明控制的智能化。
　　出人口控制节点(下面简称为控制节点)位于停车场的出人口处。控制节点随时监听CAN总线上的各种消息，当某照明回路的状态发生改变时，控制节点根据从上位机下载的状态指示灯与照明回路的对应关系，将其回路的状态改变反映到状态指示灯上。

1.3系统的工作原理

(1)基本节点中存储着该节点控制的照明设备与其它节点的传感器的互联关系。当某一基本节点接收到其它的基本节点发送的传感器信息时，该基本节点搜索本地的互联关系，并打开与此传感器相关的照明设备；
　　(2)当基本节点接收到上位机发送的上传命令时，基本节点将存于本地的控制方案上传到上位机；当基本节点接收到上位机发送的下载命令时，基本节点将与之相关的控制方案下载到本地；
　　(3)基本节点利用与之相连的传感器监测车辆、人员的通过情况。当有车辆、人员通过时，该基本节点便通过CAN总线向系统中的其它节点发送相关的传感器的信息；
　　(4)主控节点中存储着状态指示灯与本系统中的各照明回路的对应关系。当主控节点的某一开关被按下时，主控节点便向与对应照明回路相连的基本节点发送命令，打开指定回路的所有照明设备；
　　(5)当主控节点接收到上位机发送的上传命令时，主控节点将存于本地的互联方案上传到上位机；当主控节点接收到上位机发送的下载命令时，基本节点将与之相关的互联方案下载到本地；
　　(6)主控节点随时监听CAN总线上的各种命令，并通过状态指示灯随时反映停车场的各个照明回路的状态。

2 系统的软、硬件设计

2．1 上位机的软件设计

上位机采用普通的PC机，通过该系统的上层管理软件可以完成控制方案的编辑、修改、下载和上传。上位机可以通过CAN接口卡或者串口——CAN接口转换器与该系统进行连接。当控制方案下载完成后，该系统就可以脱离上位机独立运行。
　　上位机管理软件的主要功能是：控制节点的状态指示灯与该系统照明回路的对应关系的编辑、下载和上传；基本节点的照明回路与其它基本节点的传感器互联关系的编辑、下载和上传；各种互联关系的显示、保存和读取；停车场各照明回路状态的监控。
　　由于上位机管理软件应用组态技术，使用者可以很直观地编辑、修改节点间的互联关系。管理软件通过CAN接口卡或者CAN(串口转换器)同系统中的各个节点进行交互，实现互联关系的上传和下载。

2．2 控制方案的配置与修改方法

使用者可以通过多种途径生成一个适合于本地的停车场控制方案：通过传统的表格的方式描述停车场各个节点的互联关系；在停车场的平面图中通过简单的连线方式描述各个节点的互联关系；通过上载原有的停车场控制方案，对其进行修改，从而生成适合于本地的控制方案。
　　使用者也可以通过同样的方式对停车场的控制方案进行修改：通过修改互联关系的表格从而修改停车场各个节点的互联关系；运用组态方式，通过修改各个模块之间的连线关系，从而修改各个节点的互联关系。

2．3 控制节点的软、硬件设计

2．3．1 控制节点的硬件设计

控制节点位于停车场的出人口处，主要用于对停车场内的各照明灯回路进行远程控制，并能够实时监测、显示各回路的状态。
　　控制节点的硬件部分主要由控制器、CAN接口、外部存储器、状态指示灯、控制开关和看门狗等部分组成。CPU通过CAN控制器与CAN总线进行连接；外部存储器用于存储该控制节点的状态指示灯与系统中各照明回路的对应关系，也可以作为控制器的缓冲区。由于系统中是通过CAN总线进行通信的，最高的通信速率可以达　　到1Mbps，所以对存储器的存储速度应该具有一定的速度要求；状态指示灯可以实时显示停车场内各个照明回路的开关状态，使用者只要通过这些状态指示灯就可以了解该停车场内的照明情况；控制开关可以方便使用者通过手动方式控制停车场内的各照明回路的开关状态，当出现紧急情况时使用者也可以通过其中的总开关打开停车场内的所有照明灯。
　　为了便于相互识别，每个系统中的控制节点都有唯一的标号，状态指示灯与系统中回路的对应关系是通过上位机的管理软件下载的。

2．3．2 控制节点的软件设计

控制节点软件主要负责控制节点的初始化、状态指示灯的显示、控制开关的监测和解释、CAN总线命令的读取和解释、CAN总线命令的发送、外部存储器的管理、中断处理等。
　　基于以上的功能，控制节点软件主要包括以下一些子程序：系统初始化子程序、CAN总线初始化子程序、状态指示灯显示控制子程序、控制开关解释子程序、CAN命令解释子程序、CAN命令发送子程序、外部存储器读取子程序、外部存储器写入子程序、CAN中断处理程序、定时器中断处理程序。
　　控制节点软件的主要部分就是对CAN总线的编程和对外部存储器的管理。根据控制的需要，在CAN总线上传输的命令被分为几类：联机命令、状态指示灯与照明回路对应关系的上传和下载命令、照明回路的控制命令、总闸命令等。控制节点软件要对从上位机和其它基本节点传送的所有的命令进行解释并做相应的处理。当节点数目较多，互联关系变得比较复杂，存储这些互联关系所需要的空间也就比较大，这就需要用外部存储器存储这些关系表，并且软件需要对这些关系表进行有效管理。

2．4 基本节点的软、硬件设计

2．4．1 基本节点的硬件设计

基本节点是控制系统中的照明设备和接收传感器信号的基本单元。当监测到人员或车辆通过时，基本节点除了负责自身的照明回路的开关外也负责通知其它的节点，从而形成一个分布式的监控网络。
　　基本节点的结构与控制节点相似，不同的是存储器中存储着本节点的照明回路与其它各基本节点的传感器的逻辑关系表。其中CPU通过继电器组实现对停车场内各照明回路的控制。当有人员或车辆通过时，停车场内的传感器通过传感器组接口向CPU发送信号，从而实现该系统的监测功能。8位拨码开关用于指定该节点的序号。基本节点的其它器件与控制节点相同。

2．4．2 基本节点的软件设计

基本节点软件主要负责基本节点的初始化、继电器组的控制、拨码开关的读取、CAN总线命令的读取和解释、CAN总线命令的发送、外部存储器的管理、中断处理等。
　　基于以上功能，基本节点软件主要包括以下一些子程序：系统初始化子程序、CAN总线初始化子程序、继电器组控制子程序、拨码开关读取子程序、CAN命令解释子程序、CAN命令发送子程序、外部存储器读取子程序、外部存储器写入子程序、CAN中断处理程序、定时器中断处理程序。
　　基本节点的软件结构与控制节点的相似，需要处理的命令也与控制节点相似。基本节点软件要对从上位机、控制节点和其它基本节点传送的所有的命令进行解释并做相应的处理。

3 系统的特点

(1)采用模块化的设计：可以很方便地安装、拆除该系统的某一部分或者全部；
　　(2)方便灵活的配置方案：用户可以随时修改、上传、下载系统的控制方案；
　　(3)简单易用的上层软件：用户可以通过上位机简单直观地设计适合本地的控制方案；
　　(4)高度的通用性：由于模块化的设计，该系统可以很灵活地配置到不同的停车场中；
　　(5)较低的产品价格：相对于传统的控制系统，该系统可以节省大量的布线、安装的费用；
　　(6)节能：没有人或者车辆通过时，系统自动关闭照明灯，从而大大延长照明设备的使用寿命。

4 结束语

该系统能够大大降低现有的停车场照明系统的布线的复杂度，并且能够有效延长照明设备的使用寿命，实现照明的智能化，具有广阔的应用前景。

参考文献
　　1 阳宪惠．现场总线技术及其应用．清华大学出版社，1999
　　2 马国华．监控组态软件及其应用．清华大学出版社，2001
　　3 徐爱钧．彭秀华．单片机高级语言C51应用程序设计．电子工业出版社，1997