1.前言

目前我國照明用電量占建筑用電的20%-30%,智能照明電氣公司生產(chǎn)的場(chǎng)景控制器和調(diào)光產(chǎn)品基本上都采用開環(huán)控制，根據(jù)區(qū)域要求打開光源并調(diào)節(jié)光的輸出，這樣很難達(dá)到該環(huán)境最合理的照度，通常調(diào)節(jié)好一個(gè)照度水平后，不會(huì)再根據(jù)該環(huán)境的光線強(qiáng)度來改變照度.這種不合理的控制光源方法，增加了用電量，造成大量污染.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是本世紀(jì)最具影響力的技術(shù)之一，如果將無線傳感技術(shù)應(yīng)用到照明控制系統(tǒng)中，不僅會(huì)大大減少成本，而且節(jié)約資源，避免不必要的浪費(fèi).

本文提出的照明控制系統(tǒng)主要利用短距離無線通信和CAN總線技術(shù)，應(yīng)用于小環(huán)境光源照明控制，由無線通信基站.無線通信從站和終端節(jié)點(diǎn)組成.本方案適合小環(huán)境光源控制，克服了自動(dòng)化程度低.管理比較混亂.控制相對(duì)分散的傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，為人們生活提供一個(gè)更加智能化的環(huán)境.

2.原理及技術(shù)本研究方案主要應(yīng)用到短距離無線通信技術(shù)和CAN總線技術(shù).其中，短距離無線通信技術(shù)采用低功率短距離無線通信技術(shù)，采用nRF905無線射頻收發(fā)芯片.無線通信基站由STC89C52和nRF905無線收發(fā)器組成.STC89C52為改基站的控制芯片，用來產(chǎn)生控制信號(hào)，并對(duì)從站返回的狀態(tài)做出反應(yīng)，確保照明光源運(yùn)轉(zhuǎn)正常;nRF905無線收發(fā)器為基站信號(hào)發(fā)送設(shè)備，通過nRF905完成對(duì)控制信號(hào)的發(fā)送和對(duì)從站發(fā)送的照明光源狀態(tài)信號(hào)的接收.

2.1 短距離無線通信隨著通信和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，短距離無線通信技術(shù)的應(yīng)用步伐不斷加快，正日益走向成熟.一般意義上，只要通信收發(fā)雙方通過無線電波傳輸信息且傳輸距離限制在較短范圍(幾十米)以內(nèi)，就可稱為短距離無線通信.

短距離無線通信技術(shù)的工作頻段為ISM頻段，使用這類頻段不需要任何許可證，通常只要求發(fā)射不超過一定的功率(通常低于1W)，只要不干擾其它頻段即可.目前常見的短距離無線通信經(jīng)常應(yīng)用于以下幾個(gè)ISM頻段：27MHz頻段;2.4GHz頻段和315MHz;433MHz和868MHz等頻段.

2.2 CAN總線CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線.同軸電纜或光導(dǎo)纖維.通信速率可達(dá)1MBPS.CAN總線是具有通信速率高.容易實(shí)現(xiàn).且性價(jià)比高等諸多特點(diǎn)的一種已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一.

3.選用部件本方案所用設(shè)備主要為PHILIPS半導(dǎo)體生產(chǎn)PCA89C250收發(fā)器.SJA1000控制器和挪威Nordic公司nRF905無線收發(fā)器.

PCA82C250是CAN控制器的物理接口，其主要作用是：給BUS提供差動(dòng)發(fā)送信號(hào)，給CAN控制器提供差動(dòng)接受信號(hào).該芯片采用5V直流電供電，PCA82C50是針對(duì)汽車中高速通訊的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn).

S J A 1 0 0 0是一種C A N獨(dú)立控制器，通常用于自動(dòng)化領(lǐng)域，用來控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制.

SJA1000與控制器Basic CAN最主要的不同在于SJA1000提供了Pelican的全新工作模式，在該模式下，CAN總線符合全部的CAN2.0B協(xié)議.

挪威Nordic公司的nRF905芯片主要應(yīng)用于小面積區(qū)域.nRF905在無線數(shù)據(jù)通信.無線報(bào)警及安全系統(tǒng).無線監(jiān)測(cè).無線開鎖.家庭自動(dòng)化和玩具等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.

4.系統(tǒng)硬件4.1 nRF905通訊模塊nRF905與STC89C52單片機(jī)硬件接口如圖1所示.

4.2 CAN控制收發(fā)器本方案用到的PCA82C250芯片是為CAN協(xié)議配置的物理總線接口，能夠?yàn)镃AN總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，為SJA1000提供差動(dòng)接收能力.

圖2為SJA1000與PAC82C250組成的硬件圖.

5.系統(tǒng)軟件硬件操作需要通過軟件來實(shí)現(xiàn).軟件的基本操作包括初始化和常規(guī)服務(wù)兩部分.初始化服務(wù)包括SJA1000和nRF905兩個(gè)芯片的初始化，SJA1000發(fā)送和接收的配置，nRF905的發(fā)送和接收的配置;常規(guī)服務(wù)包括：無線通信基站.無線通信從站.無線終端節(jié)點(diǎn)之間的通信.

5.1 CAN總線操作初始化SJA1000芯片，配置SJA_MOD寄存器，進(jìn)入復(fù)位模式，確定驗(yàn)收濾波器模式;配置SJA_CDR0寄存器，選擇PeliCAN模式，禁止SJA1000的CLKOUT引腳;配置總線定時(shí)寄存器波特率設(shè)置為125Kbps,配置輸出控制寄存器為正常輸出模式，TX0為下拉，TX1為下拉;配置命令寄存器釋放接收緩沖器，配置驗(yàn)收濾波寄存器.

5.2 無線數(shù)據(jù)操作初始化nRF905,nRF905所有配置都是通過SPI接口進(jìn)行，SPI接口由5個(gè)寄存器組成，只有在掉電模式和Standby模式是激活的.置高PWR_UP,置低TRX_CE使nRF905工作于Standby模式.SPI接口包括5個(gè)內(nèi)部寄存器：狀態(tài)寄存器.RF配置寄存器.發(fā)送地址寄存器.發(fā)送有效數(shù)據(jù)寄存器.接收有效數(shù)據(jù)寄存器.通過配置RF配置寄存器可使nRF905正常運(yùn)行.

5.3 CAN總線數(shù)據(jù)發(fā)送CAN發(fā)送：發(fā)送緩沖器配置分為描述符區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，描述符區(qū)第一個(gè)字節(jié)是幀信息字節(jié)，它說明了幀格式(標(biāo)準(zhǔn)幀格式或擴(kuò)展幀格式).遠(yuǎn)程或數(shù)據(jù)幀和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度.標(biāo)準(zhǔn)幀格式有兩個(gè)字節(jié)的識(shí)別碼，擴(kuò)展幀格式有4個(gè)字節(jié)的識(shí)別碼，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最長(zhǎng)為8個(gè)字節(jié)，發(fā)送緩沖器長(zhǎng)13個(gè)字節(jié).配置發(fā)送緩沖器工作在擴(kuò)展幀格式，發(fā)送數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8個(gè)字節(jié)，識(shí)別碼與下位機(jī)匹配，發(fā)送數(shù)據(jù)為nRF905無線接收的數(shù)據(jù).檢測(cè)狀態(tài)寄存器，接收狀態(tài)位為0.發(fā)送完成狀態(tài)位為1且發(fā)送緩沖器狀態(tài)位為1,則將發(fā)送緩沖器數(shù)據(jù)放入TX緩沖器，命令寄存器SJA_CMR發(fā)送請(qǐng)求位置1,發(fā)送數(shù)據(jù).

5.4 CAM總線數(shù)據(jù)接收CAN接收：中斷寄存器SJA_IR接收中斷位置高，開始接收RX緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入接收緩沖區(qū)，存儲(chǔ)完成后接收緩沖器位置高釋放RX緩沖區(qū);釋放仲裁丟失捕捉寄存器和錯(cuò)誤捕捉寄存器.

5.5 無線數(shù)據(jù)發(fā)送nRF905發(fā)送：TRX_CE=0,TXEN=0,nRF905處于SPI編程;CSN置低，SPI等待一條指令W_TX_PAYLOAD=“00100000”,寫TX有效數(shù)據(jù)，寫操作從字節(jié)0開始;發(fā)送TX緩存存放數(shù)據(jù);CSN置高;CSN置低，SPI等待一條指令，W_TX_ADDRESS=“00100010”,寫TX地址，全部寫操作從字節(jié)0開始;發(fā)送TX緩存存放地址;CSN置高;TRX_CE置高開始發(fā)送;發(fā)送完成后TRX_CE置低.

5.6 無線數(shù)據(jù)接收nRF905接收：TRX_CE=1,TXEN=0,nRF905 處于接收狀態(tài);DR=1&&TRX_CE==1&&TXEN==0是否為1,判斷是否有新數(shù)據(jù)傳入且數(shù)據(jù)接收完成，TRX_CE=0進(jìn)入Standby模式;CSN置低，SPI等待一條指令，R_RX_PAYLOAD=“00100100”,讀RX有效數(shù)據(jù)，讀操作從字節(jié)0開始;CSN置高;TRX_CE=1.

5.7 無線通信基站控制常規(guī)服務(wù)即無線通信基站工作包括：在完成對(duì)nRF905芯片的初始化后使TXEN和TRX_CE引腳置低，nRF905處于SPI編程，將nRF905所發(fā)地址及數(shù)據(jù)寫入緩存，置高TRX_CE和TXEN引腳，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送不成功則重新發(fā)送，如果成功，置低TRX_CE,等待下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送.

6.系統(tǒng)測(cè)試將CAN收發(fā)器單片機(jī)的串行接口與PC機(jī)串口相連，利用PC機(jī)串口通信程序?qū)?shù)據(jù)通過串口發(fā)送給CAN接收器，實(shí)現(xiàn)CAN節(jié)點(diǎn)的收發(fā)數(shù)據(jù)測(cè)試.串行通信的參數(shù)設(shè)置為：串口端口號(hào)：

1;波特率：9 6 0 0 b p s;數(shù)據(jù)位：8位;停止位：1位.

在使用串口時(shí)先要打開串口，然后將數(shù)據(jù)傳給CAN節(jié)點(diǎn)單片機(jī).發(fā)送數(shù)據(jù)中要包含無線控制器的下位機(jī)地址和其他控制信息，如在實(shí)驗(yàn)中使用的節(jié)點(diǎn)地址為0×00020406.其他控制數(shù)據(jù)為34.34對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為00110100.

實(shí)驗(yàn)表明，本方案給出的無線與有線混合的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)工作正常.

無線通信基站發(fā)送0X34到無線通信從站，從站接收信號(hào)后通過C A N總線發(fā)送至終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)接收并在數(shù)碼管顯示接收數(shù)據(jù)，并控制下面LED燈相應(yīng)的暗滅，顯示正常發(fā)送RXOK信號(hào)通過CAN總線傳輸至無線通信從站，從站將信號(hào)發(fā)送至基站，基站接收信號(hào)并將數(shù)碼管置零，等待下一個(gè)發(fā)送信息.

7.小結(jié)該系統(tǒng)能利用有線與無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合完成對(duì)光源的控制，取得了較好的效果，綜合了有線和無線網(wǎng)絡(luò)的各自優(yōu)點(diǎn)，使得網(wǎng)絡(luò)控制成本更低.網(wǎng)絡(luò)利用率更高.系統(tǒng)智能化更強(qiáng)，便于網(wǎng)絡(luò)的管理和應(yīng)用，適合學(xué)校.家庭.政府.企業(yè)等場(chǎng)所應(yīng)用，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將具有可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益.