景观照明的智能测控系统

１　前言

计算机从它产生的那天就开始了在自动控制系统中的应用。早在２０世纪６０年代，为了提高控制精度和灵活性，人们提出了直接数字控制（ＤＤＣ）。进入２０世纪９０年代后，随着计算机网络技术的迅速发展并迅速在控制系统中得到应用，集散控制（ＤＣＳ）很快占领了工业控制领域的主导地位。在２０世纪８０年代末期，为了实现ＤＣＳ系统与其低层控制器、传感器的通信，出现了现场总线技术，即把单个分散的控制或测量设备变成网络节点，以现场总线网络为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。

现场总线适应了工业控制向分散化、网络化、智能化方向的发展，一经产生便成为全球工业自动化技术的热点，受到全世界的普遍关注。

ＣＡＮ总线是现场总线的一种，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网路，隶属于控制网络的范畴。它具有可靠性高、价格低廉等优势，因而得到了广泛的应用。本文讨论的是一种基于ＣＡＮ总线和现代网络技术的多网络多主从的景观照明控制系统。

２　照明控制

在照明设计中，合理和正确地选用照明控制方式是实现照明艺术性和舒适性的有效手段，是节约能源的有效措施。照明控制方式多种多样，按其实现方式大致可分为以下几种。

（1）传统照明控制方式

传统照明控制方式主要以手动控制为主，依靠供电回路中的手动开关或时间计数器来控制回路的通断，实现灯具的开关控制。这种传统方式相对简单、有效、直观，但它过多依赖手工操作。整个系统相对分散，无法实现有效地管理，其适时性和自动化程度太低。

（2）自动照明控制方式

这种控制方式利用直接数字控制技术来遥控灯具的开关，通常是控制中心发出信号，通过直接数字控制器来控制供电回路中接触器的分合，从而控制供电回路的通断，实现灯具开关控制。采用该种方式，解决了传统控制方式的相对分散和无法有效管理等问题，实现了照明控制的自动化，但是难于实现大规模、高可靠的照明控制，有很大的局限性。

（3）智能照明控制方式

随着计算机技术和网络技术的飞速发展，办公自动化、楼宇自动化、家庭自动化的出现，人们对照明控制提出了更高的要求，从而产生了智能照明控制方式，即根据某一区域的功能、每天不同的时间、室内外亮度或该区域的用途来自动控制照明设备，并能够实现集中统一管理与监控的功能，并结合现代照明技术、照明艺术，科学的管理照明设备，让人们在一个不仅在照明技术参数指标方面应达到标准的要求，而且舒适、明亮并富有艺术魅力的照明环境里工作和生活。从智能照明控制系统的组成方式看，主要有总线型、电力线载波型、无线网络型等。

３ 现场Cａｎ总线系统的整体设计方案

本文中课题研究的主要内容是设计一种基于Cａｎ总线的可编程智能照明控制系统，该系统的硬件由上位机、控制器局域网总线、若干控制模块和驱动模块等部分构成。

控制系统的整体设计方案如图1所示。若干控制模块中的主控模块设有ＲＳ２３２接口，ＲＳ２３２接口和上位机连接，其它控制模块作为扩展模块。主控模块和每个扩展模块中均包括一个ＣＰＵ，ＣＰＵ的开关控制输出接口与驱动模块连接，若干路开关量控制输出给驱动模块。若干控制模块通过Cａｎ总线连接。驱动模块由大功率可控硅和光电隔离构成了固态继电器组，用于驱动不同回路的灯具。

上位机的作用是用于向主控模块发出控制命令和编程命令，控制命令的作用是控制各控制模块数据输出，编程命令的作用是将上位机的数据下载到各控制模块的ＦＬＡＳＨ存储器中。

在若干控制模块中，每个控制模块具有一块控制模块ＣＰＵ，并具备一个唯一的地址，每个控制模块ＲＳ２３２内置ＦＬＡＳＨ存储器并和控制器局域网总线接口连接，若干控制模块通过控制器局域网总线接口与控制器局域网总线连接。控制模块分为主控模块和扩展模块两种，主控模块的ＣＰＵ通过串行数据接口与上位机相连，主控模块的ＣＰＵ通过开关控制输出接口连接驱动模块，主控模块ＣＰＵ连接液晶显示器接口和万年历时钟芯片。主控模块设有一个与该模块ＣＰＵ连接的工作模式选择开关，用于控制所述串行数据接口和上位机连接的状态，选择可编程喷泉控制系统的工作模式。

扩展模块的作用是用于接收主控模块的控制命令，根据主控模块发来的控制命令或同步信号完成该模块的控制，实现不同的开关控制输出，将上位机的数据对应下载到各扩展模块的ＦＬＡＳＨ存储器中，并传递与其它模块之间的交接信号。扩展模块中还定时发送基本信息给主控模块的装置，用于故障诊断，扩展模块可以根据需要任意增减。

每套系统必须且仅能设定一个主控模块，扩展模块可以根据需要任意增减。

时间信号的同步：考虑到在控制模块较多时，由于各模块的运行速度的轻微差异，可能会出现控制不同步的问题，因此所有的控制模块的时基都由主控模块产生，各控制模块的总线控制器通过验收滤波器设置只接收发给自己的数据和同步时基信号，这样既实现了数据同步又减少了各模块的总线处理负担。

模块间的信息传递：有些数据变化规律是跨越模块的，例如ＬＥＤ流水效果变化可能出现一个很大的控制数据组占用几个控制模块的情况，这时前一个控制模块的数据就会传递到后一个模块，这时控制模块需要判断传递出的数据以及传递的模块地址，同步时基的作用下将数据送到总线上，如果某个模块接收到给自己的信息，则根据控制规律加以处理，如果有模块需要数据而得不到，则发故障信息。

故障判断：除主控模块外，各扩展模块都定时发送基本诊断信息给主控模块，诊断信息包括：地址信息、数据格式错误、数据校验错误、地址重复等，主控模块接收后显示并发送给上位机。如果主控模块接收到某地址信息则判断出该扩展模块存在，否则判断模块不存在，控制模块地址应当连续，如果不连续，则作为故障，例如有第１、３、４模块，没有第２模块则认为系统故障。

４　基于Ｃａｎ总线的可编程智能灯光测控技术与常规设备的技术比较

 基于Can总线的可编程智能灯光测控技术与常规设备的技术比较如下表所示。

５　基于多级网络的大规模景观照明控制系统

随着网络技术的发展，如何利用成熟的网络技术和现场总线技术构建可以对大规模景观照明区域的可靠控制是我们这套系统要解决的问题。为此，设计者设计了多级网络、多主从的照明控制系统，其体系结构如图2所示。

其中，监控服务器负责实现对所控区域各种设备的协调监控，而各现场协调器可以自主实现对所控现场的远程控制，同时各回路控制器可以实现对各回路的独自控制。其中优先权为监控服务器－＞现场协调器－＞回路控制器，进而实现多重冗余的高可靠控制。监控服务器与协调器之间可以通过以太网（远距离可以通过光纤网）或者ＧＰＲＳ实现网络连接与数据交换，而现场协调器和回路控制器之间则通过ＣＡＮ总线连接，同时现场协调器也可以利用其中的另一路ＣＡＮ总线连接亮度采集器等子设备，同样回路控制器也可以利用其中另一路ＣＡＮ总线连接电参数采集、开箱报警等子设备。因此，整个系统形成了一个多级网络多主从方式的控制机制，为系统的大规模组网和可靠控制提供了网络链路支持。

用户可以利用成熟的互联网，在任何电脑或上网设备（包含手机）上根据系统授权实现对监控现场的信息查询、远程控制以及控制策略的定义等。

６　结束语

智能照明控制系统是自动化技术在照明控制领域的应用和推广，它不仅是实现照明艺术性和舒适性的有效手段，而且迎合绿色照明的发展方向，是节约能源、缓解未来能源危机的有效措施，其发展前景非常广阔。本文所述系统实现了一个基于ＣＡＮ现场总线和ＧＰＲＳ/以太网相结合的多级多主从的照明控制机制，并且已经在镇江金山湖公园、南京六合滁河景区等现场实现了实际部署和实现，取得了较好的效果。