电气工程系论文-范本

电气工程系论文-范本内容摘要：

B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 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 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 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 22 系统的 CANbus 布线及智能节点具体工作原理 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 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 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 23 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 第三章 系统硬件设计 31 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 IO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 RDWR 的设计和片选信号 CS的 设计 方案二采用 8051SJA100082C250 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P27P27 为 0 的 CPU 片外存贮器地址可选中 SJA1000CPU 通过这些地址 SJA1000 执行相应的读写操作 SJA1000的 RDWRALE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 32 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 CAN2OB 协议 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 CAN2OB 时支持 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 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 212823 多路地址数据总线 ALEAS 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 RDWR 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 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 FR 50k VDD2 18 输入比较器的 5V 电压源 RX0 RX1 1920 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 内部振荡器及复位电路等构成 IML 接收来自 CPU 的命令控制CAN 寄存器的寻址并向主控器提供中断信息及状态信息 BTL 始终监视 CAN 当检测到有效的信息头时启动接收过程接收的信息首先 要由位流处理器 BSP 处理并由ASP过滤只有当接收到的信息的识别码与 ASP检验相符时接收信息才最终被写入RXB 或 RXFIFO 中 RXFIFO 最多可以缓存 64 字节的数据该数据可被 CPU 读取 CAN 控制器工作模式的设定数据的发送和接收等都是通过它的寄存器来实现的通常在系统初始化时先使 CR0 1 SJA1000 进入复位模式在此模式下 IR ACAAMR BTROBTRI 及 OCR 均可读可写此时设置相应的初值当退出复位模式时SJA1000 即按复位时设定的相应情况工作于工作模式除非再次使芯片复位否则上次设定的值不变当需要发送 信息时若发送缓冲器空闲由 CPU控制信息写入 TXB再由 CMR 控制发送当接收缓冲器 RXFIFO 未满且接收信息通过了 ASP 则接收到的信息被写入 RXFIFO 可通过两种方法读取接收到的信息一种方法是在中断被使能的情况下 SJAI000向 CPU发中断信号 CPU通过 SR 及 IR可以识别该中断并读取数据释放接收缓冲器另一种方法是直接读取 SR查询 RXFIFO的状态当有信息接收时读取该信息并释放接收缓冲器当接收缓冲器中有多条信息时当前的信息被读取后接收缓冲器有效信号会再次有效通过中断方式或查询方式可以再次读取信息直到 RXFIFO中 的信息被全部读出为止当 RXFIFO已满如还有信息被接收此接收信息不被保存且发出相应的缓冲器溢出信号供 CPU 读取处理 2 PCA82C250 收发器 物理信令子层和数据链路层之间的连接是通过集成的协议控制器实现的这些产品有像 Philips 的 PCA82C200SJA1000 等而媒体相关接口负责连接传输媒体譬如将总线节点连接到总线的连接器像 Philips的 TJA1050或 PCA82C250等收发器 PCA82C250收发器是协议控制器和物理传输线路之间的接口如在 SOI1898标准中描述的它们可以用高达 1Mbps 的 位速率在两条有差动电压的总线电缆上传输数据 它的特性主要有 ①完全和 IS011898 标准兼容 ②高速 高达 1Mbps ③在自动化环境中总线保护瞬变 ④斜率控制降低射频干扰 RFI ⑤不同的接收器都具有宽共模范围有很强的抗电磁干扰 EMT 的能力 ⑥热保护 ⑦对电池和地的短路保护 ⑧低电流备用模式 ⑨一个没有上电的节点不干扰总线 ⑩至少可挂 110 个节点 表 32 PCA82C250 引脚功能描述 管脚号 管脚名 描述 1 TXD 发送数据输入 2 GND 地 3 Vcc 电源电压 4 RXD 接收数据输 出 5 Vref 参考电压输出 6 CANL 低电平 CAN 电压输入输出 7 CANH 高电平 CAN 电压输入输出 8 Rs 斜率电阻输入 图 32 PCA82C250 引脚描述 管脚 8Rs有三种不同的工作模式高速待机斜率控制把管脚 8接地就选择了高速工作模式在此模式下发送器输出级晶体管被尽可能快地启动和关闭由于没有措施用于限制上升和下降的斜度建议使用屏蔽电缆可避免 RFI 对于低速或较短的总线长度可使用一种没有屏蔽的双绞线或平行线对于降低 RFI 上升和下降的斜率是个 w定值通过从管脚 8接一个电阻至地上升和下降 的斜率能够被编程这个斜率和管脚 8 的电流输出成比例如果高电平被接至管脚 8 电路进入低电流保护模式在这种模式下发送器被关闭接收器开至低电流如果控制位被检测 不同的总线电压 09v RXD 将被拉至低电平 3 CAN 节点控制器 P89C52 此单片机是采用先进 CMO5 工艺的 8 位微控制器是 80C51 微控制器系列的派生和 80C51 指令相同 P89C52 片内程序存储器为 8K 数据存储器为 256 字节 其主要的特点有 ① 8051 中心处理单元 ② 速度 可达 33MHz 全静态操作 ③ 片内 FLASH 程序存储器可扩展到 64K 字节 4 级中断 6 个中断源 4 个 8 位10 口全双工增强型 UART 3 个 16 位定时器双 DPTR 寄存器 ④ 电源控制模式时钟可停止和恢复空闲模式掉电模式外部中断可以从掉电模式中唤醒 ⑤ 可编程时钟输出 ⑥ 低 EMI 禁止 ALE P89C51RD2 将原有的对外部数据和程序存储器的 16 位寻址机制加以利用把片长的 RAM 扩展到 1K 字节片上的 FLASH EPROM 扩展到 64K 字节满足当今用嵌入 式高级语言编程对片上大存储器容量的需要 它的独特之处在于 ① 新增 加片内 16 位寻址 ERAM 扩展 RAM 四个 I0 口均有复用功能嵌套中断系统增强为 7 源 4 优先级 ② 新增加片内程序存储器采用非易失 FLASH 同时提供 BOOTROM 固件实现ISP 在系统中编程 和 IAP 在运行中编程 ③ 增强定时器 2 具有捕捉自动 11 重装计数器波特率发生器编程时钟输出模式 ④ 5 模块 PCA 支持上下沿捕捉 PWM 输出软件定时器看门狗定时器等模式 下面是这两种芯片的引脚图随后是对这些引脚的功能的一个简单介绍 图 33 89C52 引脚 RST 复位当晶振运行时只要复位管脚出现 2 个机器周期高电平即可 复位内 部电阻己连接到 Vss 仅需要一个外部电容接到 Vcc 上 ALE 地址锁存使能。