1 引言

智能照明系統(tǒng)在智能辦公大廈、現(xiàn)代化建筑中的研究運用較多，而對于教學樓的研究運用卻很少，導致傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)目前仍被廣泛使用，其基本結(jié)構(gòu)是動力線根據(jù)設備控制需求進行分線，用手動開關(guān)直接控制電源，不存在控制信息流的概念。本文探討基于CAN/LIN總線的智能照明系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的集中管理，降低系統(tǒng)的管理費用。采用可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器恒照度控制，充分利用日光，真正實現(xiàn)了合理節(jié)能，為學生營造舒適的學習環(huán)境;燈具軟啟動，延長使用壽命，減少了系統(tǒng)的運行費用。

CAN網(wǎng)絡（Controller Area Network）是一種架構(gòu)開放、廣播式的新一代網(wǎng)絡通信協(xié)議。CAN推出之初是用于汽車內(nèi)部測量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。能夠以較低的成本、較高的實時處理能力在強電磁干擾環(huán)境下可靠地工作［1］。LIN 總線是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡，目標是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡（例如CAN總線）提供輔助功能。在不需要類似CAN的高端汽車總線的帶寬和多功能的場合，使用 LIN總線可以大大節(jié)省成本。在LIN實現(xiàn)的系統(tǒng)中，通常將模擬信號量用數(shù)字信號量替換，這將使總線性能得到優(yōu)化。因此，CAN/LIN總線很快由最初的汽車行業(yè)擴展到工業(yè)控制領域［2］。

2 系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)干線采用CAN總線，支線采用LIN總線。CAN總線具有很高的可靠性，高速、長距離傳輸，開發(fā)系統(tǒng)廉價，其特有的多主傳送方式，可以使各個分機（節(jié)點）根據(jù)需要自主發(fā)送數(shù)據(jù)，無需主機不停地輪詢，節(jié)省網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)流量，傳輸效能高。CAN總線的上述性能都已固化在CAN總線處理芯片之中，使用極為方便［3］。LIN總線基于通用UART接口，幾乎所有微控制器都具備LIN必需的硬件，網(wǎng)絡采用極少的信號線（一根12V信號總線和一個無固定時間基準的節(jié)點同步時鐘線），設備硬件成本低［2］。

數(shù)字化可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器智能照明系統(tǒng)實現(xiàn)的功能［4］：

（1）分散控制：將控制功能分散給系統(tǒng)每一個子控制器;

（2）全自動調(diào)光：使照明系統(tǒng)工作在全自動狀態(tài)，系統(tǒng)可設定若干個狀態(tài)，這些狀態(tài)會按預先設定的時間相互自動切換，并將照度自動調(diào)整至最佳的工作水平。

（3）在每個控制終端面板上均可觀察到本單元燈的亮滅狀態(tài);

（4）自鎖：若停電，來電后所有的燈均保持熄滅狀態(tài);

（5）自動控制與人為干預相結(jié)合，現(xiàn)場設置開關(guān)，方便操作;

（6）可在監(jiān)控室實現(xiàn)對整個照明系統(tǒng)的監(jiān)測管理;

2.1 硬件設計［5］

CAN/LIN總線控制系統(tǒng)示意參見圖1：

圖1 CAN/LIN總線控制示意圖

（1） 系統(tǒng)單元：PC機（帶CAN接口卡）、系統(tǒng)電源、每層樓的子監(jiān)控單元（51單片機8LPC902）、各教室終端控制器（51單片機8LPC902）。PC 機作為主控制器，向各個子單元發(fā)布和接受信息，對整個照明系統(tǒng)進行監(jiān)控，并負責恒照度控制的邏輯運算。子監(jiān)控單元主要負責通訊轉(zhuǎn)接，在其與CAN總線接口處加CAN/LIN總線網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

（2） 輸入單元：單／雙／四鍵開關(guān)、室外／室內(nèi)紅外線感應器、照度傳感器、光電感應器、輔助輸入單元，它們均作為教室控制器的的信號源，LIN總線上的終端控制器地址編號通過撥碼開關(guān)設定，其主要負責信號采集和存儲及響應總線要求發(fā)布信息，同時，對采集的信號進行簡單的判斷，以決定各輸出單元的工作狀態(tài)。終端控制單片機采用LIN收發(fā)器來接受發(fā)布信號，內(nèi)部信號采集采用循環(huán)掃描，時實更新的方法。

（3） 輸出單元：單／雙／四／十二路等繼電器、四／八路調(diào)光器、四路模擬輸出單元。

（4） 教學樓樓道作為一個終端子單元開對待，利用紅外線傳感器作為輸入，調(diào)用主控機最近一次照度計算值來判斷，不單獨安裝照度傳感器。

2.2 軟件設計

LIN總線上單片機的控制程序框圖（圖2所示）：

圖2 終端控制器程序框圖

（1） 智能照明系統(tǒng)中的恒照度控制［6］

使用光電感應器測得室外陽光的垂直照度后，輸入一個基于遺傳算法的RI模型，估計出室內(nèi)的桌面照度，再與設定值比較，來控制照明的開關(guān)，這樣可以最大限度地利用自然光，達到節(jié)能的目的，也可以提供一個不受季節(jié)與外部環(huán)境影響的相對穩(wěn)定的視覺環(huán)境。該模型與使用室內(nèi)照度傳感器相比，其優(yōu)點是避免當人工照明打開情況下，判斷接下來的一段時間里，自然光是否足以滿足照度的要求，是否關(guān)閉人工照明的困難。一般來講，越靠近窗，自然光照度越高，人工照明提供的照度就越低，但合成照度應維持在設定照度值，如圖3所示龐大群體的活動場所—教學樓，開發(fā)人性化的。

圖3 室內(nèi)光照示意圖

（2） 軟啟動

燈具采用軟啟動器，開燈時，燈光由暗逐漸變亮，避免亮度的突然變化刺激人眼，給人眼一個緩沖時間，保護學生眼睛，避免大電流和高溫的突變對燈絲的沖擊，保護燈泡，延長使用壽命。

（3） 主控機管理程序

PC機管理程序在Windows2000操作系統(tǒng)下，利用Visual C++開發(fā)，包括系統(tǒng)監(jiān)控、通訊管理、數(shù)據(jù)運算、命令輸出以及鍵盤顯示等模塊。系統(tǒng)運行時，各教室燈具的工作狀態(tài)以圖形的形式顯示在PC機的顯示器上，各層顯示圖象間可互相切換，形象直觀，操作方便［7］。

3 結(jié)束語

該智能照明系統(tǒng)改善了教室的照明環(huán)境，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中，配有傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器的日光燈以100Hz的頻率閃動，且啟輝時的亮度不穩(wěn)定，而智能照明系統(tǒng)中的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器則工作在很高頻率（40~70kHz），克服了頻閃，利于保護學生視力，提高學習效率。該系統(tǒng)的自動調(diào)光，充分利用自然光，使室內(nèi)的照度始終保持在恒定值附近，改善燈具的工作狀態(tài)。光源減弱與壽命的關(guān)系如附表［6］。

附表 光源減弱與壽命的關(guān)系

充分利用天然光，節(jié)約照明用電，智能調(diào)光可以大大提高燈具使用壽命。本系統(tǒng)紅外線監(jiān)測功能，避免“長明燈”，減少了人為浪費，降低運行維護費用，帶來可觀的投資回報。持續(xù)發(fā)展的需要，有著十分重要的意義;同時具有巨大的生態(tài)、環(huán)境和經(jīng)濟效益。針對學生這個智能照明系統(tǒng)也顯得尤為必要。