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的場景控制器和調光產品基本上都采用開環(huán)控制，根據區(qū)域要求打開光源并調節(jié)光的輸出，這樣很難達到該環(huán)境最合理的照度，通常調節(jié)好一個照度水平后，不會再根據該環(huán)境的光線強度來改變照度.這種不合理的控制光源方法，增加了用電量，造成大量污染.無線傳感器網絡技術是本世紀最具影響力的技術之一，如果將無線傳感技術應用到照明控制系統(tǒng)中，不僅會大大減少成本，而且節(jié)約資源，避免不必要的浪費.

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，應用于小環(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)點組成.本方案適合小環(huán)境光源控制，克服了自動化程度低.管理比較混亂.控制相對分散的傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)的缺點，為人們生活提供一個更加智能化的環(huán)境.

2.原理及技術本研究方案主要應用到短距離無線通信技術和CAN總線技術.其中，短距離無線通信技術采用低功率短距離無線通信技術，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，用來產生控制信號，并對從站返回的狀態(tài)做出反應，確保照明光源運轉正常;nRF905無線收發(fā)器為基站信號發(fā)送設備，通過nRF905完成對控制信號的發(fā)送和對從站發(fā)送的照明光源狀態(tài)信號的接收.

2.1 短距離無線通信隨著通信和信息技術的不斷發(fā)展，短距離無線通信技術的應用步伐不斷加快，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，就可稱為短距離無線通信.

短距離無線通信技術的工作頻段為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常應用于以下幾個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年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線.同軸電纜或光導纖維.通信速率可達1MBPS.CAN總線是具有通信速率高.容易實現.且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現場總線，是最有前途的現場總線之一.

3.選用部件本方案所用設備主要為PHILIPS半導體生產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提供差動發(fā)送信號，給CAN控制器提供差動接受信號.該芯片采用5V直流電供電，PCA82C50是針對汽車中高速通訊的應用而設計，符合ISO11898標準.

S J A 1 0 0 0是一種C A N獨立控制器，通常用于自動化領域，用來控制區(qū)域網絡控制.

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芯片主要應用于小面積區(qū)域.nRF905在無線數據通信.無線報警及安全系統(tǒng).無線監(jiān)測.無線開鎖.家庭自動化和玩具等諸多領域得到廣泛應用.

4.系統(tǒng)硬件4.1 nRF905通訊模塊nRF905與STC89C52單片機硬件接口如圖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，能夠為CAN總線提供差動發(fā)送能力，為SJA1000提供差動接收能力.

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現.軟件的基本操作包括初始化和常規(guī)服務兩部分.初始化服務包括SJA1000和nRF905兩個芯片的初始化，SJA1000發(fā)送和接收的配置，nRF905的發(fā)送和接收的配置;常規(guī)服務包括：無線通信基站.無線通信從站.無線終端節(jié)點之間的通信.

5.1 CAN總線操作初始化SJA1000芯片，配置SJA_MOD寄存器，進入復位模式，確定驗收濾波器模式;配置SJA_CDR0寄存器，選擇PeliCAN模式，禁止SJA1000的CLKOUT引腳;配置總線定時寄存器波特率設置為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，配置驗收濾波寄存器.

5.2 無線數據操作初始化nRF905,nRF905所有配置都是通過SPI接口進行，SPI接口由5個寄存器組成，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個內部寄存器：狀態(tài)寄存器.RF配置寄存器.發(fā)送地址寄存器.發(fā)送有效數據寄存器.接收有效數據寄存器.通過配置RF配置寄存器可使nRF905正常運行.

5.3 CAN總線數據發(fā)送CAN發(fā)送：發(fā)送緩沖器配置分為描述符區(qū)和數據區(qū)，描述符區(qū)第一個字節(jié)是幀信息字節(jié)，它說明了幀格式(標準幀格式或擴展幀格式).遠程或數據幀和數據長度.標準幀格式有兩個字節(jié)的識別碼，擴展幀格式有4個字節(jié)的識別碼，數據長度最長為8個字節(jié)，發(fā)送緩沖器長13個字節(jié).配置發(fā)送緩沖器工作在擴展幀格式，發(fā)送數據幀，數據長度為8個字節(jié)，識別碼與下位機匹配，發(fā)送數據為nRF905無線接收的數據.檢測狀態(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)送緩沖器數據放入TX緩沖器，命令寄存器SJA_CMR發(fā)送請求位置1,發(fā)送數據.

5.4 CAM總線數據接收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)數據，將數據存入接收緩沖區(qū)，存儲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誤捕捉寄存器.

5.5 無線數據發(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有效數據，寫操作從字節(jié)0開始;發(fā)送TX緩存存放數據;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 無線數據接收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,判斷是否有新數據傳入且數據接收完成，TRX_CE=0進入Standby模式;CSN置低，SPI等待一條指令，R_RX_PAYLOAD=“00100100”,讀RX有效數據，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)服務即無線通信基站工作包括：在完成對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)地址及數據寫入緩存，置高TRX_CE和TXEN引腳，發(fā)送數據，發(fā)送不成功則重新發(fā)送，如果成功，置低TRX_CE,等待下一個數據發(fā)送.

6.系統(tǒng)測試將CAN收發(fā)器單片機的串行接口與PC機串口相連，利用PC機串口通信程序將數據通過串口發(fā)送給CAN接收器，實現CAN節(jié)點的收發(fā)數據測試.串行通信的參數設置為：串口端口號：

1;波特率：9 6 0 0 b p s;數據位：8位;停止位：1位.

在使用串口時先要打開串口，然后將數據傳給CAN節(jié)點單片機.發(fā)送數據中要包含無線控制器的下位機地址和其他控制信息，如在實驗中使用的節(jié)點地址為0×00020406.其他控制數據為34.34對應的二進制數據為00110100.

實驗表明，本方案給出的無線與有線混合的網絡控制系統(tǒng)工作正常.

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

7.小結該系統(tǒng)能利用有線與無線網絡相結合完成對光源的控制，取得了較好的效果，綜合了有線和無線網絡的各自優(yōu)點，使得網絡控制成本更低.網絡利用率更高.系統(tǒng)智能化更強，便于網絡的管理和應用，適合學校.家庭.政府.企業(yè)等場所應用，該網絡結構的應用將具有可觀的社會效益和經濟效益.