基于CAN总线的教室灯光自适应控制系统的设计_于伟

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基于CAN总线的教室灯光自适应控制系统的设计

于伟

（广东科技学院，广东东莞523083）

【摘要】根据我国目前的教室风格特点，本设计主要采用了易实现的单片机控制技术以及网络通信技术，实现对教室内人数、照明强度等信号的采集，并通过智能化控制方式实现对教室灯光的监控。整个系统的设计是由一个主控制中心，多个分控中心和更多的单元节点组成的一个网络。

【关键词】CAN总线；自适应控制系统；光敏传感器；红外传感器

0引言

本文针对恶劣的教室照明环境，以及教室因管理不善而存在的浪费电的现象，设计了一套教室灯光自适应系统，通过这一系统基本可以实现教室灯光的自适应调节达到节能环保的目的。本设计将单片机控制技术、通信技术和自适应设计思想结合起来，论述了各个子系统的组成，最后把各部分结合在一起，组成了一个智能监控系统。

到主控中心。

楼层控制器与主控中心之间的通信，不仅仅是RS485与CAN总线之间的通信，还包括了两者协议之间的转换。由于51单片机没有自带CAN总线，所以这里必须外扩CAN总线，CAN总线接口采用PHILIPS公司的PCA82C250总线驱动器，PCA82C250将TTL电平变换为CAN总线上的差分信号。此外还安装了总线收发器MAX485，它的作用就是将输出信号转换成RS485标准的差分信号，原理图如图2：

1教室灯光自适应系统的组成

该系统可以使用控制软件进行远程控制教室的用电设备，整个系统的主要结构分为三层，分别是主控制中心、楼层控制中心和教室控制中心，可以理解为一个三级的网络。

本设计的主要利用R485和CAN（ControllerAreaNetwork）总线分布集散地对教学楼的灯具、电视和投影机等用电设备进行监控。教室与楼层直接通信的是51系列单片机，利用RS485作为通信接口。楼层与上位机的通信是通过CAN总线实现的。系统的结构如图1所示。

图2RS485组成的网络结构图

2主控中心

4教室核心控制器

主控上位机其实就是常用的PC机，在PC机上配置CAN总线适配卡，用于同CAN总线相连，实现与楼层控制器的通信。主控上位机有两个主要功能，一个是接收处理数据，接收数据后通过处理按要求输出。另外一个是发送命令，主控上位机通过CAN总线把命令传到楼层单片机芯片由楼层单片机再传到教室单片机。通过教室控制器传来的信息，主控中心可以很方便的了解到各个教室的情况，从而达到了节能的目的。此外还可以把采集到的信息记录到数据库中，作为保存数据。

图1系统总体结构图

教室控制器是整个教室的控制中心，它负责收集教室的所有信息，是最底层的控制中心,其主要功能有以下几方面：

（1）负责红外采集人数；

（2）通过RS485总线与楼层控制器通信；（3）通过数码管显示教室内的用电情况；

（4）可以通过按键现场控制教室内所有的电器；（5）负责光照强度的采集；

（6）负责接收上位机的命令并执行。

教室控制器通过I/O口直接与光敏传感器和红外传感器等相连，收集到信息后把它提交给楼层控制器，底层收集信息的准确率直接影响到结果，所以收集数据都必须要提供有效的数据。4.1光敏传感器的设计

4.1.1光敏传感器硬件电路设计

目前市场上能够检测光的强弱的器件很多，但是这里只选择光敏电阻作为检测光的探测器，因为只有光敏电阻的光谱响应峰值比较接近人视觉敏感区的波长，这样才更有利于我们更好地设计，

光敏传感器的布置是非常重要的，因为整个教室的光照强度是不一样的，要想获得合理的光照，就得先合理地布置光敏传感器。光敏传感器根据教室的特点，如图3所示，要在离窗户最远的地方安置一个光敏传感器。教室内的所有日光灯和风扇都可以自适应和手动控制。此外，相邻的两个区域都要有一定的重叠，当有人在两个探测器中间学习时才能够提供足够的光照。当有一个人在教室的时候，只有他周围的灯才亮，如果有人进来的话，完全可以选择有光亮的地方坐下，这样就既节省了电也达到了灯光自适应的目的。当教室内有足够的光线时，教室内所有的灯都不需要亮。

本设计选择监控软件组态王KingView6.5和ACCESS数据库构成，通过组态监控画面进行远程控制及信息显示。

3楼层核心控制器

楼层控制器的作用就是作为中间人进行传数据，它不是最原始的发送者，也不是最终的接收者，而只是一个桥梁。主控中心的命令经楼层控制器传达到教室控制器，教室控制器的数据经楼层控制中心传达

图3教室灯光分布情况

作者简介：于伟（1981—），女，山东青岛人，硕士，讲师，研究方向为传感器网络。

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4.1.2

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光敏传感器软件设计

要读取光敏传感器的数据，就得利用软件设计读取传感器信息，通过读取信息再利用软件处理后就可以上传数据了。平经过红外传感器的OUT输出脚送入单片机中，如果门外又捕捉到有人出去时也返回一个低电平，这样人数就的减1。软件流程如图5所示。

图5红外传感器软件流程图

5

图4

光照采集流程图

结论

4.2红外传感器的设计4.2.1红外传感器硬件设计

要统计教室学生的人数就得使用红外传感器，目前红外传感器的型号也有很多种，这里选用反射式红外传感器。红外传感器一个安装在门内，一个安装在门外。4.2.2红外传感器软件设计

红外传感器的工作原理是，当有人经过教室门的时候红外传感器捕捉到有人经过，则门外红外传感器就会返回一个低电平，如果门内又捕捉到有人进入时，红外传感器也会返回一个低电平，经过红外传感器的OUT输出脚送入到单片机中，则教室人数就加1。同理，如果门内当有人经过教室门内的时候，门内红外传感器也会返回一个低电

本文介绍了教室灯光自适应系统各个子系统的结构，设计中，以教室控制器与楼层控制器通信及楼层控制器与上位机通信为主要线

索，最后提出了详细的系统的设计方案，并完成了其硬件和软件的设计。S

【参考文献】

［1］王晶旖,裴明.自适应教室环保灯光系统的设计与实现[J].全国青少年科技创新大赛,2011.

［2］杨晶.CAN总线接口电路设计[J].办公自动化杂志,2010.

［3］冯义飞.教室照明智能控制的设计与开发[D].合肥工业大学,2007.［4］刘泽祥.现场总线技术[M].北京:机械工业出版社.

［责任编辑：杨玉洁］

（上接第83页）有多个部门的情况，而又因为不同部门的保密性要求，要求不同的部门相互不能访问。这时就可以通过VLAN的设置来进行控制。主要设置语句如下：

intfa0/1

switchmodeaccessswitchaccessvlan2intrangefa0/2-23switchmodeaccessswitchaccessvlan3

当在CiscoPacketTracer中绘制好网络拓扑图后，就可以利用该软件进行网络设备的配置工作，然后再进行连通性测试，确定网络设计规划的可行性。

本文以中小企业的组网需求为出发点，简要分析了企业组网的需求分析、网络拓扑结构分析、网络设备需求分析、网络的设计规划和组网成本预算等前期工作。通过这些分析，最终目的是使得中小型企业的网络达到高开放性、实用性、经济性、灵活性、可扩充性的目的。由于计算机和网络技术的飞速发展，中小企业组网的前期工作也会不断变化，因此在组网前应考虑到更新的技术，从而为企业的发展获得更大的效益。S

【参考文献】

［1］刘洪宇.企业局域网建设规划的探讨[J].应用能源技术,2012.

［2］罗文剑,程诗云.应用PacketTracer改进计算机网络实验课程的教学实践[J].职业教育研究,2014.

［3］王亚林.基于PacketTracer的无线网络组建实验研究[J].微计算机信息,2012.［4］楚书来.基于PacketTracer的VLAN划分及路由案例的设计与实现[J].济南职业学院学报,2011.

［5］焦慧华.基于PacketTracer5_0构建虚拟校园网的基本功能[J].电子技术与软件工程,2013.

5组网成本预算

在组网过程中主要使用的设备包括路由器、千兆核心交换机、三层交换机以及二层交换机。他们因为设备的厂家和型号不同价格相差很大，在做预算时同时应考虑到其他一些费用，如网线、防静电地板、机柜、ups电源等。

［责任编辑：汤静］

6小结

［3］朱晓明．加强煤矿机电设备管理确保设备安全运转[J]．科技资讯，2010（6）．

（上接第99页）【参考文献】

［责任编辑：许丽］

［1］艾井石．煤矿机电事故原因探析及对策思考[J]．科技信息，2008（2）．［2］李为平．当前煤矿机电管理中的问题探析[J]．煤矿开采，2012（3）．

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