基于CAN總線的LED照明智能控制方法

王 聚

（上海羅曼照明科技股份有限公司，上海 200090）

0 引 言

LED照明是目前市場(chǎng)中主流的照明方式，在LED照明過程中，由于頻繁調(diào)節(jié)照明設(shè)備，易產(chǎn)生磨損磨損，導(dǎo)致照明設(shè)備的使用壽命縮短，無法充分利用照明光源。為保證LED照明燈光的利用率，避免造成過多的光源損失，針對(duì)其進(jìn)行智能控制是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的有效途徑。在我國針對(duì)智能控制照明的相關(guān)研究中，主要通過設(shè)計(jì)控制開關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)照明控制[1]。傳統(tǒng)控制方法中存在明顯不足有待改進(jìn)，為解決傳統(tǒng)控制方法中存在的問題，CAN總線作為多主方式的串行通信總線，能夠提高控制數(shù)據(jù)在傳輸過程中的耗時(shí)，提高控制效率[2]。因此，針對(duì)CAN總線在該控制方法中的應(yīng)用是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠?yàn)獒槍?duì)該控制方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到助力作用。

1 CAN總線介紹

CAN總線作為目前國際上應(yīng)用最為廣泛的通信總線，能夠通過ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。該總線在提升通信速率方面取得了十分卓越的成就，相比于傳統(tǒng)總線能夠提升48.6%。其對(duì)傳輸介質(zhì)的選擇約束較少，具有十分廣泛的適用性[3]。CAN總線運(yùn)用非破壞性總線仲裁技術(shù)，設(shè)計(jì)出獨(dú)特的接口電路，可同時(shí)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同傳輸信息，實(shí)現(xiàn)了多主方式的串行通信，作為一種新型通信總線，具備極高的性價(jià)比。該總線以其具備的實(shí)時(shí)性、靈活性以及可靠性等特點(diǎn)，在多通信總線中脫穎而出，成為時(shí)下最受歡迎的通信總線[4]。

通常情況下，CAN總線的通信范圍為0～10 km，使超遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸真正意義上成為可能，且每節(jié)點(diǎn)的通信速率最高可達(dá)1.0 Mb/s。該總線在具備數(shù)據(jù)傳輸功能的同時(shí)，具備糾錯(cuò)功能，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，面對(duì)突發(fā)事件能夠在第一時(shí)間通過CRC校驗(yàn)的方式，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因，再采用差分手法，從根本上降低誤碼率，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?，保證其通信質(zhì)量[5]。CAN總線以其獨(dú)有的檢錯(cuò)機(jī)制，能夠在信息傳輸發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)自動(dòng)退線，最大限度地確保線路的安全性。

2 LED照明智能控制方法

2.1 發(fā)送LED照明智能控制節(jié)點(diǎn)信息

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)LED照明的智能化控制，引進(jìn)CAN總線，利用CAN提供的智能通信協(xié)議選擇智能控制節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)R線分布向智能控制端發(fā)送節(jié)點(diǎn)信息[6]。在此過程中，應(yīng)用在CAN通信協(xié)議支撐下的代碼自動(dòng)生成軟件，對(duì)LRD終端進(jìn)行節(jié)點(diǎn)信息優(yōu)化配置，通過此種方式不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)終端編碼效率的提升，而且也可在查詢LED終端控制信息過程中采用報(bào)文的方式對(duì)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行有效傳輸。

在傳輸報(bào)文信息前，需要讀取LED照明端的寄存器狀態(tài)，通過判斷終端節(jié)點(diǎn)是否處于信息接收狀態(tài)，判斷前端是否對(duì)LED照明信息執(zhí)行了發(fā)送請(qǐng)求。當(dāng)確保兩端均處于通信狀態(tài)時(shí)，檢索前端是否對(duì)控制信息進(jìn)行有效發(fā)送，或發(fā)送信息是否接收成功等[7]。若前端顯示信息成功發(fā)送，且終端實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的接收，則需要將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按照指定的控制排列規(guī)則進(jìn)行排序，使控制信息組合成一種數(shù)據(jù)幀，然后將數(shù)據(jù)幀進(jìn)行封裝處理，并將其傳輸至數(shù)據(jù)緩存區(qū)域。判斷封裝的信息是否符合CAN總線通信協(xié)議，若判定條件符合則直接在操作端點(diǎn)擊發(fā)送功能鍵即可[8]。在此過程中，主控制節(jié)點(diǎn)在信息初始化控制過程中，可選擇 MO 1.0（Message Object 1.0） ～ MO 5.0（Message Object 5.0）作為報(bào)文信息配置對(duì)象，傳輸過程報(bào)文信息配置對(duì)象的功能如表1表示。

表1 基于CAN總線的控制節(jié)點(diǎn)報(bào)文配置信息

按照表1中信息，對(duì)LTU端信息與RTU端信息進(jìn)行報(bào)文信息匹配[9]。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合終端主節(jié)點(diǎn)的順序，對(duì)發(fā)送LED照明智能控制節(jié)點(diǎn)信息的流程進(jìn)行規(guī)劃。發(fā)送LED照明智能控制節(jié)點(diǎn)信息的流程如圖1所示。

圖1 發(fā)送LED照明智能控制節(jié)點(diǎn)信息的流程

按照?qǐng)D1所示流程，通過對(duì)子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)更新處理，實(shí)現(xiàn)MO 1.0（Message Object 1.0）～MO 5.0（Message Object 5.0）子節(jié)點(diǎn)信息的實(shí)時(shí)更新，在確保發(fā)送節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)具備一定時(shí)效性的基礎(chǔ)上，執(zhí)行流程，以此完成對(duì)基于CAN總線LED照明智能控制節(jié)點(diǎn)的信息發(fā)送。

2.2 結(jié)合報(bào)文控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)LED照明智能控制流程

在確保終端可接收到控制節(jié)點(diǎn)信息的基礎(chǔ)上，應(yīng)綜合報(bào)文控制節(jié)點(diǎn)，對(duì)LED照明智能控制流程進(jìn)行最終設(shè)計(jì)。此過程中，通過LED照明中多種元件的通信連接，將CAN總線端的信息整理成報(bào)文，發(fā)送給微服務(wù)器端，當(dāng)微服務(wù)器端接收到控制信息后，對(duì)接收到的信息進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換與算法統(tǒng)計(jì)，智能定位LED照明設(shè)備的控制位置，最終使用總線（USART）驅(qū)動(dòng)LED照明設(shè)備，從而達(dá)到LED照明智能控制的目的[10]。綜合上述分析，對(duì)其控制流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，步驟如下。

第一步連接LED照明裝置與多種通信裝置，初始化LED照明裝置的多個(gè)功能模塊，第二步完成對(duì)LED照明裝置的初始化處理后，在控制端輸入穩(wěn)定照明電壓，檢測(cè)裝置運(yùn)行，第三步在自檢行為通過后啟動(dòng)LED照明內(nèi)的自動(dòng)定時(shí)器，用于采樣與定位控制行為誤差，第四步在前端開始正常工作后接收控制節(jié)點(diǎn)報(bào)文信息，第五步深度解析報(bào)文內(nèi)容，判斷照明燈光與照明亮度現(xiàn)狀，第六步解析控制行為，第七步執(zhí)行對(duì)照明的控制，完成對(duì)LED照明的智能控制。

3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

本文上述完成對(duì)基于CAN總線的LED照明智能控制方法的理論設(shè)計(jì)，為驗(yàn)證該方法在實(shí)際應(yīng)用中的效果，開展如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

選擇建筑施工企業(yè)正在施工的建筑設(shè)施作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，該項(xiàng)目目前已完成結(jié)構(gòu)搭建、電氣設(shè)備以及管線等相應(yīng)的搭建工作，正在實(shí)施燈光照明安裝和控制。選擇該建筑中兩層結(jié)構(gòu)的所有照明設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其中一層利用本文提出的智能控制方法，另一層利用傳統(tǒng)照明控制方法。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定的客觀性，應(yīng)保證兩層建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中所有照明設(shè)備的規(guī)格和照明方式均相同。表2為兩層建筑結(jié)構(gòu)中LED照明設(shè)備的型號(hào)和規(guī)格參數(shù)對(duì)照表。

表2 兩層建筑結(jié)構(gòu)LED照明設(shè)備型號(hào)、規(guī)格對(duì)照表

將表1中3種不同型號(hào)的LED照明設(shè)備安裝在兩層建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)位置上，分別利用兩種控制方法對(duì)LED照明設(shè)備進(jìn)行控制，針對(duì)每種型號(hào)LED照明設(shè)備進(jìn)行分別進(jìn)行一組100次開關(guān)控制的操作，在每一個(gè)LED照明設(shè)備位置上安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)人員對(duì)路燈亮起次數(shù)進(jìn)行記錄，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖。

圖2 兩種照明控制方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

從圖2中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文控制方法下，3種不同型號(hào)的LED照明設(shè)備在100次開關(guān)控制的過程中能夠達(dá)到更高的亮燈次數(shù)，并且JEH4588-003型號(hào)LED照明設(shè)備的亮燈次數(shù)為100，達(dá)到了100%的高精度控制。而傳統(tǒng)控制方法下，3種不同型號(hào)的LED照明設(shè)備在100次開關(guān)控制的過程中亮燈次數(shù)均小于本文控制方法，并且JEH4588-002型號(hào)LED照明設(shè)備的亮燈次數(shù)未超過總控制次數(shù)的50%，與照明控制要求存在較大差異。

上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法對(duì)LED照明設(shè)備開關(guān)的控制情況，下面依然使用上述兩種方法進(jìn)行照明亮度的測(cè)試，分別控制3種不同型號(hào)LED照明設(shè)備的照明亮度，以兩種方法下達(dá)100次亮度調(diào)節(jié)指令，觀察照明設(shè)備的亮度控制結(jié)果如圖3所示。

圖3 兩種照明控制方法照明亮度控制效果對(duì)比

由圖3可以看出，經(jīng)過100次的照明亮度調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)方法控制精準(zhǔn)度較低且不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，本文方法控制精準(zhǔn)度接近100%，且控制較為穩(wěn)定，由此證明本文方法在LED照明設(shè)備亮度控制中的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效提高對(duì)LED照明設(shè)備的控制精度，控制效果滿足照明標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 論

本文在完成對(duì)CAN總線的分析與研究后，從發(fā)送LED照明智能控制節(jié)點(diǎn)信息、結(jié)合報(bào)文控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)控制流程，對(duì)基于CAN總線的LED照明智能控制方法展開設(shè)計(jì)，并通過設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證本文的設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過專業(yè)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)后，證明了本文設(shè)計(jì)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)LED照明設(shè)備的高精度控制，在實(shí)際應(yīng)用中的效果更為顯著，因此可嘗試將本文設(shè)定的方法投入市場(chǎng)使用。