景觀照明的智能測控系統

１　前言

計算機從它產生的那天就開始了在自動控制系統中的應用。早在２０世紀６０年代，為了提高控制精度和靈活性，人們提出了直接數字控制（ＤＤＣ）。進入２０世紀９０年代后，隨著計算機網絡技術的迅速發展并迅速在控制系統中得到應用，集散控制（ＤＣＳ）很快占領了工業控制領域的主導地位。在２０世紀８０年代末期，為了實現ＤＣＳ系統與其低層控制器、傳感器的通信，出現了現場總線技術，即把單個分散的控制或測量設備變成網絡節點，以現場總線網絡為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務的網絡系統與控制系統。

現場總線適應了工業控制向分散化、網絡化、智能化方向的發展，一經產生便成為全球工業自動化技術的熱點，受到全世界的普遍關注。

ＣＡＮ總線是現場總線的一種，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網路，隸屬于控制網絡的范疇。它具有可靠性高、價格低廉等優勢，因而得到了廣泛的應用。本文討論的是一種基于ＣＡＮ總線和現代網絡技術的多網絡多主從的景觀照明控制系統。

２　照明控制

在照明設計中，合理和正確地選用照明控制方式是實現照明藝術性和舒適性的有效手段，是節約能源的有效措施。照明控制方式多種多樣，按其實現方式大致可分為以下幾種。

（1）傳統照明控制方式

傳統照明控制方式主要以手動控制為主，依靠供電回路中的手動開關或時間計數器來控制回路的通斷，實現燈具的開關控制。這種傳統方式相對簡單、有效、直觀，但它過多依賴手工操作。整個系統相對分散，無法實現有效地管理，其適時性和自動化程度太低。

（2）自動照明控制方式

這種控制方式利用直接數字控制技術來遙控燈具的開關，通常是控制中心發出信號，通過直接數字控制器來控制供電回路中接觸器的分合，從而控制供電回路的通斷，實現燈具開關控制。采用該種方式，解決了傳統控制方式的相對分散和無法有效管理等問題，實現了照明控制的自動化，但是難于實現大規模、高可靠的照明控制，有很大的局限性。

（3）智能照明控制方式

隨著計算機技術和網絡技術的飛速發展，辦公自動化、樓宇自動化、家庭自動化的出現，人們對照明控制提出了更高的要求，從而產生了智能照明控制方式，即根據某一區域的功能、每天不同的時間、室內外亮度或該區域的用途來自動控制照明設備，并能夠實現集中統一管理與監控的功能，并結合現代照明技術、照明藝術，科學的管理照明設備，讓人們在一個不僅在照明技術參數指標方面應達到標準的要求，而且舒適、明亮并富有藝術魅力的照明環境里工作和生活。從智能照明控制系統的組成方式看，主要有總線型、電力線載波型、無線網絡型等。

３ 現場Cａｎ總線系統的整體設計方案

本文中課題研究的主要內容是設計一種基于Cａｎ總線的可編程智能照明控制系統，該系統的硬件由上位機、控制器局域網總線、若干控制模塊和驅動模塊等部分構成。

控制系統的整體設計方案如圖1所示。若干控制模塊中的主控模塊設有ＲＳ２３２接口，ＲＳ２３２接口和上位機連接，其它控制模塊作為擴展模塊。主控模塊和每個擴展模塊中均包括一個ＣＰＵ，ＣＰＵ的開關控制輸出接口與驅動模塊連接，若干路開關量控制輸出給驅動模塊。若干控制模塊通過Cａｎ總線連接。驅動模塊由大功率可控硅和光電隔離構成了固態繼電器組，用于驅動不同回路的燈具。

上位機的作用是用于向主控模塊發出控制命令和編程命令，控制命令的作用是控制各控制模塊數據輸出，編程命令的作用是將上位機的數據下載到各控制模塊的ＦＬＡＳＨ存儲器中。

在若干控制模塊中，每個控制模塊具有一塊控制模塊ＣＰＵ，并具備一個唯一的地址，每個控制模塊ＲＳ２３２內置ＦＬＡＳＨ存儲器并和控制器局域網總線接口連接，若干控制模塊通過控制器局域網總線接口與控制器局域網總線連接?？刂颇K分為主控模塊和擴展模塊兩種，主控模塊的ＣＰＵ通過串行數據接口與上位機相連，主控模塊的ＣＰＵ通過開關控制輸出接口連接驅動模塊，主控模塊ＣＰＵ連接液晶顯示器接口和萬年歷時鐘芯片。主控模塊設有一個與該模塊ＣＰＵ連接的工作模式選擇開關，用于控制所述串行數據接口和上位機連接的狀態，選擇可編程噴泉控制系統的工作模式。

擴展模塊的作用是用于接收主控模塊的控制命令，根據主控模塊發來的控制命令或同步信號完成該模塊的控制，實現不同的開關控制輸出，將上位機的數據對應下載到各擴展模塊的ＦＬＡＳＨ存儲器中，并傳遞與其它模塊之間的交接信號。擴展模塊中還定時發送基本信息給主控模塊的裝置，用于故障診斷，擴展模塊可以根據需要任意增減。

每套系統必須且僅能設定一個主控模塊，擴展模塊可以根據需要任意增減。

時間信號的同步：考慮到在控制模塊較多時，由于各模塊的運行速度的輕微差異，可能會出現控制不同步的問題，因此所有的控制模塊的時基都由主控模塊產生，各控制模塊的總線控制器通過驗收濾波器設置只接收發給自己的數據和同步時基信號，這樣既實現了數據同步又減少了各模塊的總線處理負擔。

模塊間的信息傳遞：有些數據變化規律是跨越模塊的，例如ＬＥＤ流水效果變化可能出現一個很大的控制數據組占用幾個控制模塊的情況，這時前一個控制模塊的數據就會傳遞到后一個模塊，這時控制模塊需要判斷傳遞出的數據以及傳遞的模塊地址，同步時基的作用下將數據送到總線上，如果某個模塊接收到給自己的信息，則根據控制規律加以處理，如果有模塊需要數據而得不到，則發故障信息。

故障判斷：除主控模塊外，各擴展模塊都定時發送基本診斷信息給主控模塊，診斷信息包括：地址信息、數據格式錯誤、數據校驗錯誤、地址重復等，主控模塊接收后顯示并發送給上位機。如果主控模塊接收到某地址信息則判斷出該擴展模塊存在，否則判斷模塊不存在，控制模塊地址應當連續，如果不連續，則作為故障，例如有第１、３、４模塊，沒有第２模塊則認為系統故障。

４　基于Ｃａｎ總線的可編程智能燈光測控技術與常規設備的技術比較

 基于Can總線的可編程智能燈光測控技術與常規設備的技術比較如下表所示。

５　基于多級網絡的大規模景觀照明控制系統

隨著網絡技術的發展，如何利用成熟的網絡技術和現場總線技術構建可以對大規模景觀照明區域的可靠控制是我們這套系統要解決的問題。為此，設計者設計了多級網絡、多主從的照明控制系統，其體系結構如圖2所示。

其中，監控服務器負責實現對所控區域各種設備的協調監控，而各現場協調器可以自主實現對所控現場的遠程控制，同時各回路控制器可以實現對各回路的獨自控制。其中優先權為監控服務器－＞現場協調器－＞回路控制器，進而實現多重冗余的高可靠控制。監控服務器與協調器之間可以通過以太網（遠距離可以通過光纖網）或者ＧＰＲＳ實現網絡連接與數據交換，而現場協調器和回路控制器之間則通過ＣＡＮ總線連接，同時現場協調器也可以利用其中的另一路ＣＡＮ總線連接亮度采集器等子設備，同樣回路控制器也可以利用其中另一路ＣＡＮ總線連接電參數采集、開箱報警等子設備。因此，整個系統形成了一個多級網絡多主從方式的控制機制，為系統的大規模組網和可靠控制提供了網絡鏈路支持。

用戶可以利用成熟的互聯網，在任何電腦或上網設備（包含手機）上根據系統授權實現對監控現場的信息查詢、遠程控制以及控制策略的定義等。

６　結束語

智能照明控制系統是自動化技術在照明控制領域的應用和推廣，它不僅是實現照明藝術性和舒適性的有效手段，而且迎合綠色照明的發展方向，是節約能源、緩解未來能源危機的有效措施，其發展前景非常廣闊。本文所述系統實現了一個基于ＣＡＮ現場總線和ＧＰＲＳ/以太網相結合的多級多主從的照明控制機制，并且已經在鎮江金山湖公園、南京六合滁河景區等現場實現了實際部署和實現，取得了較好的效果。