基于CAN总线智能窗户系统的设计实现

技 术 创 新 中文核心期刊 《微计算机信息》(测控自动化)2007年第 23卷第 6-1期 360元/年 邮局订阅号:82-946 《现场总线技术应用 200例》 智能建筑 1引言 在我国现有的市场里,智能窗户作为智能家居的一部分, 它主要围绕着单个家庭进行开发。但随着人们对智能家居的要 求越来越高,就在群控性,远程监控性,实时性等方面提出了更 高的要求。在这样的前提下,引出了新的课题。结合 CAN总线 的数据通信技术具有突出的可靠性,实时性和灵活性的优点, 把 CAN总线技术运用于该系统中,达到在控制每个单独的窗 户的同时,监控所有窗户的运行情况的目的。 2系统结构 2.1系统总体结构 CAN总线遵循ISO/OSI模型,分为数据链接层(包括逻 辑链路控制子层 LLC和媒体访问控制子层 MAC)以及物理层。 其通信接口中集成了 CAN协议的物理层和数据链路层功能, 可完成对数据的帧处理,包括位填充用户可在其基础上开发适 应系统实际需要的应用层通信协议。 与一般的通信总线相比,CAN协议的一个最大特点是废除 了传统的站地址编码,而代之以对通信数据块编码,报文标识 符可达 2032中(CAN2.0A),而扩展标准(CAN2.0B)的标识符几乎 不受限制,还可使不同的节点同时收到相同的数据。所以本系 统可以由多个独立的窗户为基本单元,这些单元与上位计算机 通过 CAN现场总线组成了监控网络,从而实现群控的功能。 如下图 1所示。从中我们可以看出,本系统被分为三层: (1)现场设备层:有一个雨水传感器以及多个窗户节点组成 的,这些输入输出设备作为 CAN的 I/O点接入现场总线。窗户 节点 N的个数是由选取的总线驱动电路决定的。 (2)设备控制层:CAN控制器 P8xC592以及 CAN收发器 PCA83C250,这是 CAN总线控制的核心部分,CAN控制器实现 通信及节点控制的功能;CAN收发器起到节点与总线之间通信 的功能。 (3)管理监控层:作为控制系统的人机交互接口,通过上位 PC机实现对整个系统的监视控制作用。 图1系统硬件结构图 2.2系统的硬件选取 在本系统中,总线控制器和收发器分别采用 Philip公司的 P8xC592和 PCA83C250。P8xC592单片机是用 COMS工艺制造 的具有 CAN功能的 8位单片机其指令集与 80C51完全兼容, 这样就有利于编程。PCA83C250是 CAN控制器与物理总线的 接口,可以提供对总线的差动发送和接收功能。在此特别注意 P8xC592单片机是一种集成 CAN控制器的高性能微处理器,所 以在该系统中,P8xC592不仅仅要与CAN相连接,同时还要对 各个窗户子系统进行控制。 同时传输介质只要使用双铰线,在短距离(40m)条件下就具 有高速(1Mbit/s)数据传输能力,而在最大距离 10000m时具有低 速(5kbits/s)传输能力。而主控制器采用的是性价比高,结构简 基于CAN总线智能窗户系统的设计实现 ThedesignofintellectualwindowsystembasedonCANbus (南京工业大学)饶 斐 张广明 RAOFEIZHANGGUANGMING 摘要:本系统基于 CAN总线,以单片机 P8XC592和总线收发器 PCA82C250为主体组成通信控制模块。各个控制模块为一个 节点,每个节点可以独立进行操作,同时受到总台的监控。节点和总台 PC机相连接组成一个控制器局域网。由于 CAN总线 具有较高的可靠性,实时性以及灵活性,所以运用 CAN总线进行控制可以灵活地运用于智能窗户系统的开发中。 关键词:CAN总线;智能窗户;智能家居 中图分类号:TP391 文献标识码:A Abstract:ThissystemisacommunicationcontrollingmodulewhichisbaseonCANbus, composedofSCM P8XC592andBUS transceiverPCA82C250.Eachcontrollingmoduleisanode,whichcanoperateindependentlyandbesupervisedbytheplatformat thesametime.ThenodeconnectingwiththeplatformPCisconstitutedacontrollingLAN.SowecanuseCANbuscontrollingin thesystemoftheAIWindowsforithasaupperreliability,real-time,andagility. Keyword:CANbus;Intellectualwindowsystem;Intellectualbuilding 文章编号:1008-0570(2007)06-1-0248-02 饶 斐:硕士研究生 248- - 邮局订阅号:82-946360元/年 技 术 创 新 智能建筑 《PLC技术应用 200例》 您的得到两院院士关注 单,便于编程的 89S51单片机,主要用于对 CAN控制器 P8xC592及其串口 RS232初始化,并通过对 CAN控制器 8xC592及其串口 RS232的控制操作实现现场 CAN总线与管 理层 PC机的数据交换等通信任务。 3用户通信协议设计 3.1通信协议 这里采用的是 CAN2.0A标准,该协议最大的优点是废除了 传统的站地址编码,因此 CAN没有节点地址的概念,代之以通 信数据块进行编码,支持以数据为中心的通信模式.当窗户节点 不同时,只需要在总线上增减控制器的节点数,并对相应的数据 帧进行适当的修改.CAN上的节点数主要取决于总线驱动线 路,当采用 PCA82C250时,最多可达 110个。 3.2数据帧 数据帧如图 2所示,包括七个部分:帧起始,仲裁场,控制场, 数据场,CRC序列,ACK场,帧结束.仲裁场包括有报文标识符(11 位)和远程发送申请位(RTR);控制场由六位组成,如图 3所示, 后四位位数据长度码,代表数据场字节数,这里设为 02H;传输 信号每一帧数据长度为16位,高字节用 D8到 D15八位编码表 示节点在大楼的位置,低字节设为控制字,控制字各位均为高 电平有效。如下图4所示,例如:数据场为0801H,表示 8号窗户 节点要求托管;0802H表示 8号窗户节点处于开启状态,0804H 表示 8号窗户处于关闭状态,0808H表示 8号窗户要执行开窗 指令,080FH表示8号窗户要执行关窗指令。对于上位机和下 层的各个节点来说,它们需要发送的数据帧信息是不同的。 图2数据帧组成 图3控制场组成 图4数据场组成 3.3多主广播方式 总线空闲时,任意节点均可发送数据,其它节点都可接收 总线上的数据,CAN只需通过报文滤波就可以实现点对点,一 点对多点及全局广播等传收方式,无须专门调度。这里用接受 码寄存器,接收码屏蔽寄存器实现报文滤波,使上位机收总线 上的一切信息,而层站控制器只接受上位机的 CAN控制器发 出的信号,并且使不同的节点可以同时接受上位机 CAN控制 器发出的数据。这点非常有用,采用广播方式,可极大地节省传 输时间,提高传输速率,增强系统地实时性和可靠性。 3.4总线仲裁 报文标识符用于提供传送报文和总线访问权信息。当多个 总线控制器同时发送报文时,为避免冲突需进行仲裁。仲裁期 间,每个进行发送的 P8xC592都将其发送位电平与监控总线电 平进行比较。如果发送一个隐性位而监视到一个显性位电平, 那么该节点失去仲裁,放弃总线控制权,停止传送信息, P8xC592立即变成总线上较高优先权报文的接收器,而不破坏 总线上任何信息。数据场上的发送数据存在发送缓存器数据区 中,同时,接收数据帧的数据将被存在接收缓存器中。每段报文 包括一个唯一的标识符和报文中描述数据类型的 RTR位。标 识符和 RTR位一起定义该报文的总线访问优先权。仲裁期间, 标识符的最高位先后被发送,而 RTR位最后发送。标识符和 RTR位对应二进制数值最低的报文具有最高的优先权。11位 可以形成 2032个不同的标识符,而该系统中窗户节点由于驱 动电路的限制,最多只能有 110个节点,所以采用标识符确定 优先权绰绰有余。 4系统软件设计 上位机即操作站的网络管理和应用程序的设计思路主要 是 CAN接口适配卡的初始化,判断网络节点之间时候有冲突, 设定节点优先级,数据存取,与历史数据比较,根据节点实际情 况进行处理并回送等功能。 CAN控制器 P8xC592的通信软件包括 CAN初始化、报文 的接收和报文发送三部分。当控制器上电后,首先对CAN控制 器 P8xC592进行初始化设置,主要包括工作方式的设置、接受 滤波方式的设置、接受屏蔽寄存器和接受代码寄存器的设置、 波特率参数设置和中断允许寄存器的设置。完成 P8xC592的初 始化设置后即返回工作状态,开始循环监听 CAN总线上 的信息。 从用户的角度来看,窗户的运行情况是与其息息相关的。 对于最底层的现场 CAN智能测控节点的软件设计采用结构化 设计。如下图 5所示,P8xC592根据接收遥控器发出的信息 决定运行情况,如果需要托管的话,就接受来自 CAN控制器的 信号并用于控制窗户的开/关。如果不用托管的话,那么就不断 扫描遥控器,接受到信号然后执行。同时在程序的结束部分,有 一个 10ms计时的操作,这样就能保证单片机能有序地发送检 测信号给 PC机。 图5窗户节点软件流程图 (下转第 276页) 249- - 技 术 创 新 中文核心期刊 《微计算机信息》(测控自动化)2007年第 23卷第 6-1期 360元/年 邮局订阅号:82-946 《现场总线技术应用 200例》 仿真技术 签 , 为 、或 的子结点;(6)保存模型 动画起始状态矩阵的标签,属性包括 m1~m16等 16个矩阵元 素,为 子结点;(7)保存模型动画 结束状态矩阵的标签,属性包括 m1~m16等 16个矩阵元素,为 子结点。(8)动画动作序列标 签,为 子结点;(9)单位动作标签,属性 包括 type(动作类型)、param0~param3四个动作参数和 actionin- dex(动作序列号),为子结点。 自定义动画模型格式的生成由 ModelAssembleWorld类控 制。自定义动画模型格式生成过程如下:首先,目标模型的直系 子模型全部进入装配环境后,各个子模型的 STARTMATRIX将 置为初始位姿矩阵,然后依照实际装配顺序完成各个子模型的 空间变换。每个子模型中的ACTIONQUEUE会在一次动作后增 加一条 ACTION记录,actionindex记载当前动作在整个装配过 程中的序列号。所有动作完成后,各个子模型的 ENDMATRIX 将置为结束位姿矩阵。最后,以XML格式保存为动画模型。 动画装配演示时,依据 actionindex,依次使每一子模型从 STARTMATRIX状态以一定步长再现后续动作,最终以 END- MATRIX结束。所有子模型在相互交替中完成全部动作。这里 的步长设置即为播放速率。 自定义动画模型格式具有双重性:(1)作为其它动画模型格 式的子模型时,忽略其动画特性,直接取用 ENDMATRIX时的 最终形态;(2)表现动画效果时,启用动画相关参数。 4结束语 OpenWorld引擎结合树型实体层次结构建模和支持动画的 自定义模型支持系统,具备了高效模拟工程设备装配过程的能 力。本文作者创新点:(1)在场景层次结构中提出将场景分为世界 场景和独立场景集合的方式来提高渲染效率,并且以较为完善 的空间位姿调整手段和结点变动需求处理强化了空间实体的 操作能力;(2)在自定义模型支持系统中设计实现了一套可扩展 可编辑的 XML动画格式标签;(3)利用 OpenWorld引擎设计完 成的虚拟装配软件对工程设备的装配可以起到成功的指导作 用,减少装配过程中的误操作。 参考文献 [1]杨春华，黄朝志.基于OpenGL的机器人数控作业的仿真.微 计算机信息.2004,20(5):120~121 [2]吴粉祥.利用OpenGL实现复杂机构的运动仿真.南京理工 大学学报.2003,27(4):341~344. [3]JackieNeider,TomDavis,MasonWoo,OpenGLProgramming Guide,thirdedition,AddisonWesley,1999. 作者简介:张伟(1982-),男,汉,硕士研究生,主要研究方向:虚 拟现实与三维仿真。杨新华(1967-),男,汉,华中科技大学教 授、博士生导师,主要研究方向:工程计算与仿真。魏爽(1983-), 女,汉,硕士研究生,主要研究方向:系统分析与集成。 Biography:ZhangWei(1982-),male,post-graduate,research orientation: VirtualRealityand3Dsimulation; YangXinHua (1967-),male,professor,ph.D.,researchorientation:engineering calculationandsimulation;WeiShuang(1983-),female,post-grad- uate,researchorientation:systemanalyzeandintegration. (430074湖北武汉 华中科技大学 工程计算与仿真研究所) 张伟 杨新华 魏爽 (Institute of Engineering Computing and Simulation, HuazhongUniversityofScienceandTechnology, Wuhan 430074,China)ZhangWeiYangXinHuaWeiShuang 通讯地址:(430074湖北武汉 华中科技大学工程计算与仿真 研究所)张伟 (收稿日期:2007.3.13)(修稿日期:2007.4.15) (上接第 249页) 5系统功能效果 在该系统中,用户可以直接通过遥控器方便方便地进行操 作,遥控器板有三个按键,一是开窗,二是关窗,三是托管。当遥 控器的托管按键没有按下去的时候,用户就自己对关窗开窗进 行控制,当用户需要开 /关窗的时候,就按遥控器上相应的键就 能实现功能。而当遥控器处于托管,如果下雨的时候,雨水传感 器检测到下雨的信号,就通过 P8XC592发送信号,信号经过 CAN总线到达 PC主机,然后 PC主机再发送关窗的指令到所 有处于托管状态的窗户节点。 在应用方面,智能故障诊断是非常重要的。在该系统里,设 计一种检测的

方法

快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载

,每个窗户节点在每 10ms的时间里,由 P8XC592发送到检测信号PC主机里。如果主机没有收到该节 点的检测信号,就认为该节点发生了故障。那么PC机就会向管 理人员报警,说明该窗户节点出现了故障。 6结论 基于 CAN总线技术,采用 P8XC592和 PCA82C250芯片构 成先进的总线智能节点控制器。在这篇文章中,笔者更多的是 用智能窗户设计作为一个支点,概述了基于 CAN总线技术应 用于智能家居领域的设计方案。把水表,燃气表等等其他家居 器件结合在单个节点控制器中,用 CAN总线把各个节点连接 起来,形成一个控制局域网络。本文提出来的设计方案为以后 智能家居系统的开发设计提供了新的思路和新的方法。 本文作者创新点在于在实现单个节点设计的基础上,将 CAN总线引入到智能家居的设计中来。实现对楼宇中窗户的远 程监控和操作,从而提出了智能家居的发展新方法新思路。 参考文献 ［1］邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京航空航天大 学出版社，1996 ［2］邬宽明.CAN总线系统设计中的几个问题[J].电子技术应用: 1998，9:18~20 ［3］阳宪惠.现场总线技术及应用[M].清华大学出版社，1999 ［4］刘光.CAN总线智能节点的设计和实现[J].微计算机信息. 2006，(22-62):102~104 作者简介:饶斐(1984-),男,汉族,江西黎川,硕士研究生,主要 从事计算机管控一体化、现场总线控制系统的研究;张广明 (1965-),男,汉族,江苏江都人,副教授,自动化学院副院长,研 究方向:智能控制理论;计算机测控技术。 Biography:RaoFeiisagraduatestudentintheSchoolofau- tomationatNanjingUniversityofTechnology,researchinterests inintegrationofcomputermanagementandcomputercontrol, Fieldbuscontrolsystem. (210009江苏南京 南京工业大学自动化学院)饶斐 张广明 通讯地址:(210009江苏省 南京市新模范马路 5号南京工业 大学 99信箱)饶斐 (收稿日期:2007.3.13)(修稿日期:2007.4.15) 276- -