LIN总线技术在教学楼照明系统中的应用

3 系统实现

3.1系统组成

教学楼照明控制系统的基本组成包括主控中心、照明控制器、动态传感器和照度传感器等，系统使用通用计算机作为主控中心，通过通讯装置与网络实现通讯。计算机上可直接实现编程、监控、故障报警等功能。照明控制器是智能照明控制系统的核心部分，既可独立工作，也可以由计算机中心控制。动态传感器利用红外线或超声波的原理，自动识别房间内是否有人存在，从而给控制器发送信号，实现“人来灯亮，人走灯灭”的动态控制功能。照度传感器核心部件是光电耦合器，照度传感器通过感应外部自然光源的照度来调节室内照明的亮度，实现智能探测和智能调节的功能。

3.2 系统结构原理

系统总体结构如图3 所示。每个教学楼的灯光控制系统干线采用CAN总线，支线采用LIN总线。每个教室内组成一个LIN网络，根据需要设置LIN从节点的个数。

主机节点采集本地各控制开关的状态，并接受上层网络CAN总线上的远程信息，据此产生控制指令，并将指令转换为LIN报文帧，通过LIN网络发送给相应从机节点。从机节点通过收发器TJA1020接收到与自己相关的报文帧后，对报文帧进行拆封、解读，然后根据获得的指令控制相应的执行器动作，从而实现对各个照明灯状态的控制。同时，在需要时从机节点分别将其控制部件所处状态反馈给主机节点，主机节点再将该状态信息通过指示灯等形式通过CAN总线发给其他控制单元。

从节点的设计分为两个模块，即传感器模块和执行器模块。传感器用于检测室内光线度等信息，当传感器检测到有人时，立刻判断此时教室内的光线是否适合学习，并将此信息通过LIN总线传给主节点，主节点收到消息后，判断该情况对应的灯光控制模式，然后向LIN总线发送带相应标识符场的报文头，启动一次主节点向从节点发送数据的LIN总线通信。等待LIN总线处理该报文帧之后，主节点启动一次从节点向主节点发送数据的LIN总线通信，该从节点即为前一次LIN总线通信中，接收到主节点命令的从节点。如果主节点接收到的从节点数据与理论上应该收到的数据不符，主节点上的报错指示灯点亮，并可以显示发生故障的从节点号码。

3.3 LIN节点实现

LIN网络的主机节点和从机节点采用MCS-51系列单片机AT89C51和PHLIP的TJA1020收发器组成，LIN协议控制器AT89C51是低功耗/低电压、高性能CMOS 8位单片机。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。TJA1020是LIN主/从协议控制器和LIN物理总线之间的接口。它使用的波特率可从2.4到20Kbits/s。控制器在TXD管脚输入的发送数据流通过LIN收发器转换成LIN总线信号，并由收发器控制转换速率和波形，减少EME。

3.3.1 LIN主节点设计

LIN主节点硬件原理如图2所示。由LIN协议的分析可知，在一次帧通信过程中，主从节点在大部分时间里是以标准的串行通信数据帧的形式交换数据的，通信的关键是要实现主节点和从节点的同步。在同步过程中，主、从节点所执行的操作是不同的：主机节点的任务是要发送报文头，从节点的任务是接收和判断报文头，实现与主节点的同步。

报文头的间隔场是一个基于主机节点时钟频率的13个以上位时（bit time）和至少1个位时的间隔界定符。对主节点来讲，这一部分是实现主节点功能的关键。一般情况下，串行口和I/O口（TXD,RXD）都是复用的，本系统中首先利用TXD管脚，将其作为I/O口使用，在程序中利用定时器在TXD/P3.1管脚上延时一个13个bit位定时的时间的低电平。也就是相当于在发送之前，控制TXD为高电平，在发送开始的时候，首先在该管脚输出一个低电平，利用定时器延时13bit位的时间，然后再拉高。

同步场的作用是使LIN从机和主机位速率同步，从而正确接收报文。当利用中断和定时器进行判别同步间隔后，就可以接收同步场。当主从节点的位速率相同时，同步场的数据可当串行数据发送和接收，没有特殊的意义。