停車場照明智能控制系統的設計與實現論文

　　摘要：文章提出了一種基于CAN總線技術的照明智能控制系統。該系統可以有效地解決目前高層住宅的地下停車場面臨的能耗、材耗問題，同國外同類產品相比，具有較-高的性價比。

　　關鍵詞：停車場 照明 智能控制系統 設計 實現

　　目前很多在建和已建高層住宅大部分都建有地下停車場，這些停車場一般都有多個人員出入口和多個車輛出入口，由于這些停車場面積大、光線差，需要大量的照明設備長期照明。如果用通常的控制方法則需要的線路較長，而且回路復雜，由于各出人口與行車路線之間不是簡單的一一對應關系，因此很難用簡單的強電控制方式實現停車場內部照明的自動控制，通常只能采用連續照明方式。有的地方雖然采用紅外或聲控開關來控制照明，但是只能對某一個小區域(如出入樓梯口處)實現自動控制，而不能對全部停車場照明實現自動控制。這樣不僅造成巨大的能源浪費和設備損耗，也給小區的物業管理造成很大的經濟負擔。

　　幾乎所有的高層住宅都存在這樣的問題，國外已經開發出類似的智能照明控制系統解決以上的問題，但是產品的價格很高；國內市場上尚無此類的產品出現，本文設計的智能照明控制系統則可以填補此項空白。

　　1 系統簡介

　　1．1 系統實現的功能

　　使用者可以根據本地停車場的具體情況編輯適合于自己的照明控制方案，下載到系統的各節點中。當有人員或者車輛進入停車場時，該照明智能控制系統能夠根據照明控制方案對停車場內指定的照明設備進行控制，實現照明的智能控制。

　　1．2 系統組成

　　該系統由上位機、出人口控制節點和基本節點等組成，各個部分通過CAN總線進行連接。

　　CAN總線是Bosch公司為現代汽車應用而推出的一種總線，CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。CAN總線為多主方式工作，網絡上任一節點均可在任意時刻主動地向網絡上其它節點發送信息而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節點信息。基于以上特點，該系統選用CAN總線作為該系統的數據傳輸總線。

　　上位機將系統中所有節點的控制方案下載到相應的節點中后，各節點將根據這些從上位機下載的節點間的互聯關系表完成與有關節點的交互。

　　基本節點與一定數量的傳感器回路和照明回路相連。當傳感器監測到附近有人員或車輛經過時，傳感器向與之相連的基本節點發送信號；基本節點接收到此傳感器的信號后搜索從上位機下載的本節點的傳感器與照明燈的互聯關系，判斷本節點上是否有與之關聯的燈，有則點亮此燈并保持照明一段時間，同時該基本節點也通過CAN總線向其它基本節點發送該傳感器的消息；當其它的基本節點收到此消息時，同樣根據互聯關系表判斷本節點是否有與此傳感器相關聯的燈，如果有也打開相應的燈并保持照明一段時間。這樣所有節點就會按照使用者制定的方案打開預期的照明回路，從而實現照明控制的智能化。

　　出人口控制節點(下面簡稱為控制節點)位于停車場的出人口處。控制節點隨時監聽CAN總線上的各種消息，當某照明回路的狀態發生改變時，控制節點根據從上位機下載的狀態指示燈與照明回路的對應關系，將其回路的狀態改變反映到狀態指示燈上。

　　1.3系統的工作原理

　　(1)基本節點中存儲著該節點控制的照明設備與其它節點的傳感器的互聯關系。當某一基本節點接收到其它的基本節點發送的傳感器信息時，該基本節點搜索本地的互聯關系，并打開與此傳感器相關的照明設備；

　　(2)當基本節點接收到上位機發送的上傳命令時，基本節點將存于本地的控制方案上傳到上位機；當基本節點接收到上位機發送的下載命令時，基本節點將與之相關的控制方案下載到本地；

　　(3)基本節點利用與之相連的傳感器監測車輛、人員的通過情況。當有車輛、人員通過時，該基本節點便通過CAN總線向系統中的其它節點發送相關的傳感器的信息；

　　(4)主控節點中存儲著狀態指示燈與本系統中的各照明回路的對應關系。當主控節點的某一開關被按下時，主控節點便向與對應照明回路相連的基本節點發送命令，打開指定回路的所有照明設備；

　　(5)當主控節點接收到上位機發送的上傳命令時，主控節點將存于本地的互聯方案上傳到上位機；當主控節點接收到上位機發送的下載命令時，基本節點將與之相關的互聯方案下載到本地；

　　(6)主控節點隨時監聽CAN總線上的各種命令，并通過狀態指示燈隨時反映停車場的各個照明回路的狀態。

　　2 系統的軟、硬件設計

　　2．1 上位機的軟件設計

　　上位機采用普通的PC機，通過該系統的上層管理軟件可以完成控制方案的編輯、修改、下載和上傳。上位機可以通過CAN接口卡或者串口——CAN接口轉換器與該系統進行連接。當控制方案下載完成后，該系統就可以脫離上位機獨立運行。

　　上位機管理軟件的主要功能是：控制節點的狀態指示燈與該系統照明回路的對應關系的編輯、下載和上傳；基本節點的照明回路與其它基本節點的傳感器互聯關系的編輯、下載和上傳；各種互聯關系的顯示、保存和讀取；停車場各照明回路狀態的監控。

　　由于上位機管理軟件應用組態技術，使用者可以很直觀地編輯、修改節點間的互聯關系。管理軟件通過CAN接口卡或者CAN(串口轉換器)同系統中的各個節點進行交互，實現互聯關系的上傳和下載。

　　2．2 控制方案的配置與修改方法

　　使用者可以通過多種途徑生成一個適合于本地的停車場控制方案：通過傳統的表格的方式描述停車場各個節點的互聯關系；在停車場的平面圖中通過簡單的連線方式描述各個節點的互聯關系；通過上載原有的停車場控制方案，對其進行修改，從而生成適合于本地的控制方案。

　　使用者也可以通過同樣的方式對停車場的控制方案進行修改：通過修改互聯關系的表格從而修改停車場各個節點的互聯關系；運用組態方式，通過修改各個模塊之間的連線關系，從而修改各個節點的互聯關系。

　　2．3 控制節點的軟、硬件設計

　　2．3．1 控制節點的硬件設計

　　控制節點位于停車場的出人口處，主要用于對停車場內的各照明燈回路進行遠程控制，并能夠實時監測、顯示各回路的狀態。

　　控制節點的硬件部分主要由控制器、CAN接口、外部存儲器、狀態指示燈、控制開關和看門狗等部分組成。CPU通過CAN控制器與CAN總線進行連接；外部存儲器用于存儲該控制節點的狀態指示燈與系統中各照明回路的對應關系，也可以作為控制器的緩沖區。由于系統中是通過CAN總線進行通信的，最高的通信速率可以達  到1Mbps，所以對存儲器的存儲速度應該具有一定的速度要求；狀態指示燈可以實時顯示停車場內各個照明回路的開關狀態，使用者只要通過這些狀態指示燈就可以了解該停車場內的照明情況；控制開關可以方便使用者通過手動方式控制停車場內的各照明回路的開關狀態，當出現緊急情況時使用者也可以通過其中的總開關打開停車場內的所有照明燈。

　　為了便于相互識別，每個系統中的控制節點都有唯一的標號，狀態指示燈與系統中回路的對應關系是通過上位機的管理軟件下載的。

　　2．3．2 控制節點的軟件設計

　　控制節點軟件主要負責控制節點的初始化、狀態指示燈的顯示、控制開關的監測和解釋、CAN總線命令的讀取和解釋、CAN總線命令的發送、外部存儲器的管理、中斷處理等。

　　基于以上的功能，控制節點軟件主要包括以下一些子程序：系統初始化子程序、CAN總線初始化子程序、狀態指示燈顯示控制子程序、控制開關解釋子程序、CAN命令解釋子程序、CAN命令發送子程序、外部存儲器讀取子程序、外部存儲器寫入子程序、CAN中斷處理程序、定時器中斷處理程序。

　　控制節點軟件的主要部分就是對CAN總線的編程和對外部存儲器的管理。根據控制的需要，在CAN總線上傳輸的命令被分為幾類：聯機命令、狀態指示燈與照明回路對應關系的上傳和下載命令、照明回路的控制命令、總閘命令等。控制節點軟件要對從上位機和其它基本節點傳送的所有的命令進行解釋并做相應的處理。當節點數目較多，互聯關系變得比較復雜，存儲這些互聯關系所需要的空間也就比較大，這就需要用外部存儲器存儲這些關系表，并且軟件需要對這些關系表進行有效管理。

　　2．4 基本節點的軟、硬件設計

　　2．4．1 基本節點的硬件設計

　　基本節點是控制系統中的照明設備和接收傳感器信號的基本單元。當監測到人員或車輛通過時，基本節點除了負責自身的照明回路的開關外也負責通知其它的節點，從而形成一個分布式的監控網絡。

　　基本節點的結構與控制節點相似，不同的是存儲器中存儲著本節點的照明回路與其它各基本節點的傳感器的邏輯關系表。其中CPU通過繼電器組實現對停車場內各照明回路的控制。當有人員或車輛通過時，停車場內的傳感器通過傳感器組接口向CPU發送信號，從而實現該系統的監測功能。8位撥碼開關用于指定該節點的序號。基本節點的其它器件與控制節點相同。

　　2．4．2 基本節點的軟件設計

　　基本節點軟件主要負責基本節點的初始化、繼電器組的控制、撥碼開關的讀取、CAN總線命令的讀取和解釋、CAN總線命令的發送、外部存儲器的管理、中斷處理等。

　　基于以上功能，基本節點軟件主要包括以下一些子程序：系統初始化子程序、CAN總線初始化子程序、繼電器組控制子程序、撥碼開關讀取子程序、CAN命令解釋子程序、CAN命令發送子程序、外部存儲器讀取子程序、外部存儲器寫入子程序、CAN中斷處理程序、定時器中斷處理程序。

　　基本節點的軟件結構與控制節點的相似，需要處理的命令也與控制節點相似。基本節點軟件要對從上位機、控制節點和其它基本節點傳送的所有的命令進行解釋并做相應的處理。

　　3 系統的特點

　　(1)采用模塊化的設計：可以很方便地安裝、拆除該系統的某一部分或者全部；

　　(2)方便靈活的配置方案：用戶可以隨時修改、上傳、下載系統的控制方案；

　　(3)簡單易用的上層軟件：用戶可以通過上位機簡單直觀地設計適合本地的控制方案；

　　(4)高度的通用性：由于模塊化的設計，該系統可以很靈活地配置到不同的停車場中；

　　(5)較低的產品價格：相對于傳統的控制系統，該系統可以節省大量的布線、安裝的費用；

　　(6)節能：沒有人或者車輛通過時，系統自動關閉照明燈，從而大大延長照明設備的使用壽命。

　　4 結束語

　　該系統能夠大大降低現有的停車場照明系統的布線的復雜度，并且能夠有效延長照明設備的使用壽命，實現照明的智能化，具有廣闊的應用前景。

　　參考文獻

　　1 陽憲惠．現場總線技術及其應用．清華大學出版社，1999

　　2 馬國華．監控組態軟件及其應用．清華大學出版社，2001

　　3 徐愛鈞．彭秀華．單片機高級語言C51應用程序設計．電子工業出版社，1997

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