电气工程系论文

电气工程系论文内容摘要：

查表明 目前停车场的智能化程度不一，管理也缺乏有序性，设施之间也通用性也较差，造成系统集成商和用户的设备选型品种较少，实现的功能不全，系统特点不鲜明等不足。 按智能停车场 的通讯方式分析，早期的一部分厂商采用了串行的 RS485总线或 RS232总线作为设备之间的通讯方式。 但是随着停车场系统智能化程度要求越来越高，功能越来越强，总线的节点越来越多的情况下， RS485的总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等不足和缺陷逐渐体现出来；智能停车场的系统扩展也受到 RS485本身的制约，越来越不能适应大中型智能停车场的控制需要。 先进的的 CANbus总线通讯系统是智能停车场的主流发展方向。 使用这 种工业级的通讯方式，可以保证通讯数据的可靠性、实时性；并且，实际建设中， CANbus总线成本和 RS485方式成本大体相当，甚至，在较大型的停车场系统中，CAN总线的整体成本还略低于 RS485系统。 由于 CAN总线容错性能好，可以大大降低后期的维护、维修、扩充成本。 研究主要内容及结构安排 本文提出了一种基于 CAN总线技术开发的分布式停车场灯光智能控制系统，详细介绍赵李凤：基于 CAN 总线的停车场智能灯光系统的软件设计 2 了该智能控制系统的软件、硬件设计方法。 设计内容 基于 CAN总线的现场控制器进行了深入的研究， 提出以单片机 P89C52X2B和 CAN控制 SJA1000为核心，组成 CAN总线的智能节点，系统主要由多个智能节点构成，再 利用 CAN总线将这些节点连接成一个可以相互联系的整体，系统便可以实现对停车场灯光的智能控制。 该系统 能够较好地实现该智能灯光控制系统所要求的功能， 有效地解决停车场面临的能耗、材耗 问题 ， 降低停车场内的布线复杂度，减少安装费用并大大延长停车场内照明设备的使用寿命，具有非常广阔的应用前景。 文中的 第一章：叙述了本课题 的研究背景及意义，第二章：对系统做详细得到原理说明， 第三章：系统的硬件设计，第 四章：系统的软件设计。 铜陵学院毕业论文（设计） 3 第二章 停车场灯光智能控制系统的原理 停车场智能系统基本原理 系统主要由上位机、 CAN 适配器、控制节点（包括出入口控制节点和现场控制节点）等部分构成，各节点间通过 CAN 总线进行通信。 该智能控制系统的结构如图 21 所示。 入口节点 出口节点 C A N 适 配 器上 位 机8 2 C 2 5 0S J A 1 0 0 08 9 C 5 2传 感 器 信 号 处 理8 2 C 2 5 08 2 C 2 5 0 8 2 C 2 5 0S J A 1 0 0 0S J A 1 0 0 0S J A 1 0 0 08 9 C 5 28 9 C 5 28 9 C 5 2传 感 器 信 号 处 理驱 动 照 明 回 路 驱 动 照 明 回 路„ „ 停车场内节点＃ 1 停车场内节点＃ N 图 21 系统结构图 当有车辆进入停车场时，可以根据车牌号决定该车入库时的行车路线及车位，根据预定的行车路线，选择相应的照明控制方案。 入口通道处的控制节点检测是否有车辆进入，当检测到车辆时，该控制结点通过 CAN 总线向网络上的其他相关节点发布消息；那些相关节点根据接收到的消息以及事先预定的控制方案打开有关的照明回路。 出口通道处的控制节点检测是否有车辆或人离开，当检测到车辆或人离开时，该控制结点通过 CAN 总线向网络上的其他相关节点发布消息；使相关节点此时控制的照明回路复位，关闭停车场内的照明灯。 在出入口的控制节点可以实时监测，并通过 CAN 适配器将各个照明回路的开关状态送给上位机以方便管理人员观察停车场内的照明情况。 同时出入口节点也可根据需要进行手工控制，实现对停车场内每一个回路的开关控制，以应付一些紧急事件。 赵李凤：基于 CAN 总线的停车场智能灯光系统的软件设计 4 为了让系统能够适应不同的使用环境，同时能够根据用户的需要随时改变照明方案，该系统采用现场可编程技术，可由上位机通过 CAN 总线，将各个节点的控制方案下载到各控制节点，实现照明方案的现场编辑、现场修改及现场下载。 系统中 CAN 适配器的作用是将 CAN 总线上的命令通过串口或 USB 口传给上位机，也 可以将上位机的命令转换成 CAN 命令发送给系统中的其它节点。 系统的 CANbus 布线及智能节点具体工作原理 系统的 CANbus 布线 智能照明系统的主要功能是车辆导向、空位检测和照明控制等。 如图 22 所示，可设车场分为 4 个停车区域： A 区、 B 区、 C 区和 D 区。 4 个区的区位引导系统统一安置在车场入口处，指示区域的方向和当前所剩的空位数。 该区位引导系统由一个控制器控制，带一个 CANbus 总线接口。 A 区控 制 器B 区控 制 器C 区控 制 器D 区控 制 器车 库A 1车 库A 2CAN总线车 库A n车 库B 1车 库B 2车 库B n车 库C 1车 库C 2车 库C n车 库D 1车 库D 2车 库D n入 口 处控 制 器出 口 处控 制 器C A N适 配 器上 位 机 图 22 车场内部 CANbus 布线 及结构图 这一个系统中，使用 CANbus 总线方式进行通讯，网络显得非常简单、可靠。 如图22 所示，每个停车区有一个单独的区控制器，均带 CANbus 接口，用于管理该区的照明和车位检测。 按图 22 中所示，圆圈表示照明灯，通过区控制器来直接控制该区灯的亮灭。 车库后的小矩形表示车位探测器，用于检测汽车是否到库。 当有车辆或车主进出某一个相关区域的时候，该区域的照明才点亮，在车辆或车主离开后，灯自动熄灭，并且和当前进出不相关区域的照明灯将不会点亮，这样可以最大限度的节约能源，延长设备寿命，这在较大型停车场中的作用 会更加突出。 在车辆进出后，车场的停车数量发生变化，系统可以及时地探测到这个变化并向主控制器和区位引导指示牌报告，使其刷新当前的记录和显示。 铜陵学院毕业论文（设计） 5 智能节点 的工作原理 该系统主要是由多个智能节点组成， 各节点间通过 CAN 总线进行通信。 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。 当车场内的基本节点接收到从 CAN 总线送过来的信息后，根据从上位机下载的本节点与照明灯的互联关系，开启与 之相关联的灯；当基本节点的传感器检测到车到库时，基本节点将向 CAN 总线发送相关信息。 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。 出入口控制节点位于停车场的出入 口处。 控制节点随时监听 CAN 总线上的各种消息。 (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、人员的情况。 当监测车辆、人员时，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。 本章小结 本章对停车场智能灯光系统作了总体原理说明，设计了整个系统的工作流程。 配以框图较为详细的分析了车辆进出车库 、停库等 的设计思路， 提出系统由 上位机、 CAN 适配器、包括出入口控制节点、现场控制节点等部分构成，各节点间通过 CAN 总线进行通信。 并且对 整个设计中的重点――控制节点作了较明确的说明分析，为整个设计提供了一个很合适很易行的研究方向。 赵李凤：基于 CAN 总线的停车场智能灯光系统的软件设计 6 第三章 系统硬件设计 系统智能节点方案比较 本系统中的智能节点可选用两种设计方案。 方案一： CAN控制器 SJA1000和 32位 ARM微处理器 S3C44BOX构成的 CAN通讯节点。 对SJA1000的操作是通过对其内部寄存器的设置和读写来完成的，由于其内部寄存器具有连续地址，所以可以把 SJA1000当作一个外部 RAM器件，对其操作即可以看作对外部 RAM的操作。 S3C44B0X是 SAMSUNG(三星 )公司一款基于 ARM7TDMI的 32位精简指令集 (RISC)微处理器。 该处理器对外设的扩展可以采用两种方式：一种是直接采用 CPU的总线进行扩展，另一种是采用 I/O口扩展。 S3C44BOX的总线是非复用的，地址和数据总线分别可以被设置为 8位、 l6位或者 32位模式，其外部地址最大为 256MB，分为 8个 BANK，每个 BANK32MB，分配一根片选信号线 CS。 总线读写方式和一般的 CPU基本相同。 但是 SJA1000与 S3C44BOX之间的接口信号时序不是完全兼容的，所以必须对 S3C44BOX的读写 时序进行变换，使其满足 SJA1000的接口要求。 主要包括地址数据复用总线的设计、地址锁存信号 ALE的设计、读写信号 RD、 WR的设计和片选信号 CS的设计。 方案二 :采用 8051+SJA1000+82C250组合的方式实现 CAN的通信。 由于 8051的时序和SJA1000的工作时序是一样的，所以只需将 SJA1000的各个引脚与 8051的相应引脚相连即可。 SJA1000的 AD0～ AD7连接到 8051的 P0口， /CS连接到 8051的 ， 0的 CPU片外存贮器地址可选中 SJA1000， CPU通过这些地址 SJA1000执行相应的读写操作。 SJA1000的 /RD、/WR、 ALE分别与 8051的对应引脚相连， /INT 接 8051的 /INT0。 从上面两个方案分析可知，方案二比方案一易于实现，使用灵活，对于本课题只是该系统中的一部分，如果选择方案一，可能会在整个系统中 S3C44B0X资源缺乏。 选用方案二只需使用时将该模块的 UART接口与需要主控制器的 UART接口相连可，所以本设计中选用方案二。 系统智能节点的设计 主要器件介绍 (1) SJA1000 SJA1000是一种应用于汽车和一般工业环境 的独立 CAN总线控制器，经过简单总线连接可完成 CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能。 其硬件与软件设计和 PCA82C200的基本CAN模式 BasicCAN兼容。 同时新增加的增强 CAN模式 PeliCAN还可支持。 SJA1000的主要特性如下 ① 扩展接收缓冲器 (64字节 FIFO)。 采用 24MHZ时钟频率。 位通讯速率为 1Mbps。 ② 支持 ，支持 11和 29位标识符。 ③ 增强 CAN模式 (PeliCAN)。 ④ 支持多种微处理器接口。 ⑤ 可编程 CAN输出驱动配置。 ⑥ 工作温度范围为一 40125176。 C: 铜陵学院毕业论文（设计） 7 S J A 1 0 0 011 41 0987654321 31 21 12 81 51 92 02 12 22 32 42 52 62 71 61 71 8A D 6A D 7A L E / A SC SR D / EW RC L K O U TV S S 1X T A L 1X T A L 2M O D EV D D 3T X 0T X 1A D 5A D 4A D 3A D 2A D 1A D 0V D D 1V S S 2R X 1R X 0V D D 2R S TI N TV S S 3S J A 1 0 0 0 T11 41 0987654321 31 21 12 81 51 92 02 12 22 32 42 52 62 71 61 71 8A D 6A D 7A L E / A SC SR D / EW RC L K O U TV S S 1X T A L 1X T A L 2M O D EV D D 3T X 0T X 1A D 5A D 4A D 3A D 2A D 1A D 0V D D 1V S S 2R X 1R X 0V D D 2R S TI N TV S S 3M G K 6 1 6M G K 6 1 7 图 31 SJA1000的引脚及封装 表 31 管脚排列及功能说明 符号 引脚 说明 AD7AD0 2,1,2823 多路地址 /数据总线。 ALE/AS 3 ALE 输入信号（ Intel 模式） ,AS 输入信号（ Motorola 模式）。 /CS 4 片选输入低电平允许访问 SJA1000。 /RD /E 5 微控制器的 /RD 信号（ Intel 模式）或 E 使能信号（ Motorola模式）。 /WR6 6 微控制器的 /WR 信号（ Intel 模式）或 RD/（ /WR） 信号（ Motorola模式）。 CLKOUT 7 SJA1000 产生的提供给微控制器的时钟输出信号；时钟信号来源于内部振荡器且通过编程驱动；时钟控制寄存器的时钟关闭位可禁止该引脚。 CLKOUT 7 SJA1000 产生的提供给微控制器的时钟输出信号；时钟信号来源于内部振荡器且通过编程 驱动；时钟控制寄存器的时钟关闭位可禁止该引脚。 VSS1 8 接地。 XTAL1 9 输入到振荡器放大电路；外部振荡信号由此输入。 XTAL2 10 振荡放大电路输出；使用外部振荡信号时左开路输出。 MODE 11 模式选择输入。 1=Intel 模式， 0=Motorola 模式。 赵李凤：基于 CAN 总线的停车场智能灯光系统的软件设计 8 VDD3 12 输出驱动的 5V 电压源。 TX0 13 从 CAN 输出驱动器 0 输出到物理线路上。 TX1 14 从 CAN 输出驱动器 1 输出到物理线路上。 VSS3 15 输出驱动器接地。 /INT 16 中断输出，用于中断 微控制器； /INT 在内部中断寄存器各位都被置位时低电平有效； /INT 是开漏输出，且与系统中的其它 /INT是线或的；此引脚上的低电平可以把 IC 从睡眠模式中激活。 /RST 17 复位输入，用于复位 CAN接口（低电平有效）。 把 /RST引脚通过 电容连到 VSS ,通过电阻连到 VDD 可自动上电复位 (例如 C=1u F。 R=50k)。 VDD2 18 输入比较器的 5V 电压源。 RX0 RX1 19， 20 从物理的 CAN 总线输入到 SJA1000 的输入比较器；支配控制电平将会唤醒 SJA1000 的睡眠模式；如果 RX1 比 RX0 的电平高，就读支配（控制）电平，反之读弱势电平；如果时钟分频寄存器的 CBP 位被置位，就旁路 CAN 输入比较器以减少内部延时（此时连有外部收发电路）；这种情况下只有 RX0 是激活的；弱势电平被认为是高而支配电平被认为是低。 VSS2 21 输入比较器的接地端。 VDD1 22 逻辑电路的 5V 电压源。 SJA1000内部结构主要由接口管理逻辑 IML、信息缓冲器 (含发送缓冲器 TXB和接收缓冲器 RXFIFO)、位流处理器 BSP、接收过滤器 ASP、位时序处理逻辑 BTL,错误管理逻辑 EML、内部振荡器及复位。