LIN總線技術在教學樓照明系統中的應用

3 系統實現

3.1系統組成

教學樓照明控制系統的基本組成包括主控中心、照明控制器、動態傳感器和照度傳感器等，系統使用通用計算機作為主控中心，通過通訊裝置與網絡實現通訊。計算機上可直接實現編程、監控、故障報警等功能。照明控制器是智能照明控制系統的核心部分，既可獨立工作，也可以由計算機中心控制。動態傳感器利用紅外線或超聲波的原理，自動識別房間內是否有人存在，從而給控制器發送信號，實現“人來燈亮，人走燈滅”的動態控制功能。照度傳感器核心部件是光電耦合器，照度傳感器通過感應外部自然光源的照度來調節室內照明的亮度，實現智能探測和智能調節的功能。

3.2 系統結構原理

系統總體結構如圖3 所示。每個教學樓的燈光控制系統干線采用CAN總線，支線采用LIN總線。每個教室內組成一個LIN網絡，根據需要設置LIN從節點的個數。

主機節點采集本地各控制開關的狀態，并接受上層網絡CAN總線上的遠程信息，據此產生控制指令，并將指令轉換為LIN報文幀，通過LIN網絡發送給相應從機節點。從機節點通過收發器TJA1020接收到與自己相關的報文幀后，對報文幀進行拆封、解讀，然后根據獲得的指令控制相應的執行器動作，從而實現對各個照明燈狀態的控制。同時，在需要時從機節點分別將其控制部件所處狀態反饋給主機節點，主機節點再將該狀態信息通過指示燈等形式通過CAN總線發給其他控制單元。

從節點的設計分為兩個模塊，即傳感器模塊和執行器模塊。傳感器用于檢測室內光線度等信息，當傳感器檢測到有人時，立刻判斷此時教室內的光線是否適合學習，并將此信息通過LIN總線傳給主節點，主節點收到消息后，判斷該情況對應的燈光控制模式，然后向LIN總線發送帶相應標識符場的報文頭，啟動一次主節點向從節點發送數據的LIN總線通信。等待LIN總線處理該報文幀之后，主節點啟動一次從節點向主節點發送數據的LIN總線通信，該從節點即為前一次LIN總線通信中，接收到主節點命令的從節點。如果主節點接收到的從節點數據與理論上應該收到的數據不符，主節點上的報錯指示燈點亮，并可以顯示發生故障的從節點號碼。

3.3 LIN節點實現

LIN網絡的主機節點和從機節點采用MCS-51系列單片機AT89C51和PHLIP的TJA1020收發器組成，LIN協議控制器AT89C51是低功耗/低電壓、高性能CMOS 8位單片機。空閑方式停止CPU工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。TJA1020是LIN主/從協議控制器和LIN物理總線之間的接口。它使用的波特率可從2.4到20Kbits/s。控制器在TXD管腳輸入的發送數據流通過LIN收發器轉換成LIN總線信號，并由收發器控制轉換速率和波形，減少EME。

3.3.1 LIN主節點設計

LIN主節點硬件原理如圖2所示。由LIN協議的分析可知，在一次幀通信過程中，主從節點在大部分時間里是以標準的串行通信數據幀的形式交換數據的，通信的關鍵是要實現主節點和從節點的同步。在同步過程中，主、從節點所執行的操作是不同的：主機節點的任務是要發送報文頭，從節點的任務是接收和判斷報文頭，實現與主節點的同步。

報文頭的間隔場是一個基于主機節點時鐘頻率的13個以上位時（bit time）和至少1個位時的間隔界定符。對主節點來講，這一部分是實現主節點功能的關鍵。一般情況下，串行口和I/O口（TXD,RXD）都是復用的，本系統中首先利用TXD管腳，將其作為I/O口使用，在程序中利用定時器在TXD/P3.1管腳上延時一個13個bit位定時的時間的低電平。也就是相當于在發送之前，控制TXD為高電平，在發送開始的時候，首先在該管腳輸出一個低電平，利用定時器延時13bit位的時間，然后再拉高。

同步場的作用是使LIN從機和主機位速率同步，從而正確接收報文。當利用中斷和定時器進行判別同步間隔后，就可以接收同步場。當主從節點的位速率相同時，同步場的數據可當串行數據發送和接收，沒有特殊的意義。