一種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置的製作方法
2023-12-01 08:47:16 2
專利名稱：一種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及照明控制技術領域,具體地說一種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置。
背景技術：
隨著低碳概念的引入和推廣，照明設備技術領域提出了「綠色照明」的理念。而智能照明控制正是為響應這一理念而成為了當今照明領域的主流發展技術。所謂智能照明控 制，就是根據某一區域的功能，按照不同的時間、室內外亮度或該區域的用途來自動控制照明設備，達到對照明設備的分散控制，並能夠實現集中管理與監控的目的。智能照明裝置不僅是節約能源的有效措施，也是實現照明控制方式藝術性和舒適性的有效手段。目前，一個完整的智能照明系統是一個集多種照明控制方式、現代化數字控制技術和網絡技術於一身的控制系統。它的出現和發展，使照明可以分布式控制、維護管理也便於操作，並為建築照明提供了多種藝術效果。然而，目前市面上出現的各種智能照明系統，在通信方式上大多基於RS232、RS485、20mA電流環等通信方式，普遍存在通信距離短、數據傳輸速率慢、誤碼率高，可靠性差等問題；在控制方式上，一般只能實現區域照明和定時開關功能，不能實現場景控制，以及根據室內外光線亮度實時控制照明迴路等功能；在信息處理方面，不便於人機互動以及監控，也不便於及時進行故障反饋和報告。因此，基於以上原因，提出了一種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種分布式智能照明裝置，可以實現完備的照明控制方式。該智能照明裝置是基於CAN網絡+Ethernet (乙太網)網絡的兩層架構的分布式智能控制裝置。即每一條照明支線上的照明設備通過耦合器耦合到CAN總線上，設備之間通過CAN總線進行底層通信；每條線路與照明系統伺服器通過乙太網完成數據的上層通信，即遵循TCP/IP協議進行通信。該智能照明裝置提供了完備的照明控制方式，分別為區域控制，組合控制，定時控制，延時控制，調光控制和場景控制。通過照明控制方式，突破了傳統的一燈一開關的思維，實現了根據場景對組合燈光進行調節和控制的功能，達到節約能源的目的並實現了照明控制方式的藝術性和舒適性。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案一種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置包括智能中控主機、照明系統伺服器、，若干與CAN總線網絡連接的CAN總線元件、至少一個經乙太網與照明系統伺服器連接並經CAN總線與CAN總線元件連接的CAN-Ethernet網關；所述智能中控主機通過乙太網與照明系統伺服器連接；所述照明系統伺服器通過乙太網與CAN-Ethernet網關連接，所述CAN總線元件通過CAN網絡與CAN-Ethernet網關連接。所述智能中控主機，通過乙太網與所述照明系統伺服器連接，採用基於Windows作業系統的高端PC機，其上運行有智能照明中控管理軟體，實現對整個智能照明裝置的監視與控制。所述照明系統伺服器，通過乙太網與所述CAN-Ethernet網關連接，採用基於UNIX作業系統並安 裝有資料庫的伺服器，其上運行著智能照明裝置的伺服器軟體，完成對智能照明裝置中所有數據的存儲與管理。所述CAN-Ethernet網關用於實現智能照明裝置中底層CAN網絡與照明裝置中上層Ethernet網絡的協議轉換與通信，並實現子網絡中數據過濾，邏輯配置與控制，定時控制等功能。其中一端為CAN總線網絡，另一端為Ethernet網絡。數據上行傳輸時，能夠正確接收CAN總線上的數據，並將數據按符合Ethernet網絡的數據格式通過網絡接口輸出；數據下行傳輸時，能夠實現與之相反的數據通信流程。所述CAN總線兀件包括模擬量輸入模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、場景控制器以及智能繼電器；所述智能繼電器與輸入模塊、輸出模塊構成電連接。CAN總線元件直接與照明設備相連，主要用於執行CAN-Ethernet網關傳達的命令，以及將照明設備的狀態信息反饋給智能中控主機。所述模擬量輸入模塊，用於實現智能照明裝置中模擬信號的接入。模擬信號經過AD轉換電路量化後，由CAN總線控制器進行打包，最後通過CAN接口電路發送到CAN總線上。同時模擬量輸入模塊能夠接受智能照明中控管理軟體的查詢請求。所述開關量輸入模塊，用於實現智能照明裝置中開關量信號的接入。開關量信號經過光耦隔離後，以有源的邏輯電平信號接入CAN控制器，CAN控制器對數據打包並通過CAN接口電路發送到CAN總線上。所述開關量輸出模塊，開關量輸出接口電路與外部繼電器構成電連接，提取CAN總線數據並控制繼電器的開閉，從而控制相應迴路的通斷。所述場景控制器，用於實現智能照明裝置中的場景控制功能。該場景控制器通過CAN總線電路接入智能照明裝置的底層CAN網絡，通過存儲電路中設定的場景模式對繼電器進行控制，對迴路進行管理，從而實現不同的場景需求。同時，為了實現更良好的人機互動功能，場景控制器中提供了液晶顯示，支持用戶對場景的自定義操作。所述智能繼電器，採用本智能照明裝置的統一底層接口 CAN總線，用於對照明系統的安全有較高要求的場合。智能繼電器提供了電流檢測與反饋功能，能夠反饋照明裝置中出現的過流問題，有效保證智能照明裝置的安全性。本實用新型的積極效果在於本實用新型所述的分布式智能照明裝置，是基於CAN網絡+Ethernet網絡的兩層架構而構建的分布式智能照明系統。該照明系統能夠解決樓宇照明實時控制管理的問題，可有效的節約電能。本實用新型與現有實現方式相比，具有低成本、低功耗、安裝方便、可靠性高、高效防護等優點，因此在智能照明技術領域具有很好的推廣使用價值。
圖I是本實用新型的結構框圖；圖2是本實用新型的中控管理軟體架構；圖3是本實用新型的CAN總線元件組成框圖；[0020]圖4是本實用新型中模擬量輸入模塊的原理框圖；圖5是本實用新型中開關量輸入模塊的原理框圖；圖6是本實用新型中開關量輸出模塊的原理框圖；圖7是本實用新型中智能繼電器的原理框圖；圖8是本實用新型中CAN-Ethernet網關的原理框圖；圖9是本實用新型中場景控制器的原理框圖。
具體實施方式
本實用新型所述的一種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置，主要包括智能中控主機、照明系統伺服器、若干與CAN總線網絡連接的CAN總線元件、至少一個經乙太網與照明系統伺服器連接並經CAN總線與CAN總線元件連接的CAN-Ethernet網關。所述智能中控主機通過乙太網與所述照明系統伺服器連接；所述照明系統伺服器通過乙太網與CAN-Ethernet網關連接，所述CAN總線元件通過CAN網絡與CAN-Ethernet網關連接。所述智能中控主機(I )，採用基於Windows作業系統的高端PC機，其上運行有智能照明中控管理軟體，實現對整個智能照明裝置的監視與控制。智能中控主機上的智能照明中控管理軟體包括組合控制組件B，場景控制組件C，常規及強制控制組件D，光照度自動控制組件E，定時控制組件F、延時控制組件G及系統監控組件A。通過多個組件的配合來實現靈活的控制和配置方式，分別為常規控制及強制控制，組合控制，場景控制，定時控制，延時控制和調光控制。系統監控組件實現對智能照明裝置中燈具、迴路、及總線元件的狀態監控。所述照明系統伺服器(2)，採用基於UNIX作業系統並安裝有資料庫的伺服器，其上運行著智能照明裝置的伺服器軟體，完成對智能照明裝置中所有的數據的存儲與管理。智能照明主機與照明系統伺服器交互數據以獲取照明系統的運行狀態；同時，若因照明主機上的相關操作導致系統狀態變更，照明系統伺服器將同步更新資料庫中的數據。所述智能中控主機(I)和照明系統伺服器(2)—起作為本智能照明裝置的上層總控設備，採用由Ethernet交換機構成的Ethernet網絡進行智能照明裝置的控制與管理。智能中控主機作為智能照明裝置的控制終端，照明系統伺服器作為整個智能照明裝置的數據存儲與管理設備。採用智能中控主機與照明系統伺服器分離的方式進一步優化了上層總控部件的結構；同時，根據實際需要，對於可靠性要求高的場合，本智能照明裝置可以支持接入多臺伺服器進行冗餘備份。所述模擬量輸入模塊(3)，用於實現智能照明裝置中模擬信號的接入。具體包括AD轉換電路，CAN接口電路，CAN撥碼電路，數據處理單元，編程接口電路，電源電路。數據處理單元分別與AD轉換電路、編程接口電路、CAN撥碼電路構成電連接。模擬信號經過AD轉換電路量化後，由CAN總線控制器進行打包，最後通過CAN接口電路發送到CAN總線上。同時模擬量輸入模塊能夠接收智能照明裝置上層軟體的查詢請求。所述開關量輸入模塊(4)，用於實現智能照明裝置中開關量信號的接入。具體包括開關量接口電路，CAN接口電路，CAN撥碼電路，數據處理單元，編程接口電路，電源電路。數據處理單元分別與開關量接口電路中的光耦隔離單元、CAN接口電路、CAN撥碼電路、編程接口電路構成電連接。開關量信號經過光耦隔離後，以有源的邏輯電平信號接入CAN控制器，CAN控制器對數據打包並通過CAN接口電路發送到CAN總線上。所述開關量輸出模塊(5)，具體包括開關量輸出接口電路，CAN接口電路，CAN撥碼電路，編程接口電路，電源電路。開關量輸出接口電路與外部繼電器構成電連接。數據處理單元分別與CAN接口電路、CAN撥碼電路、編程接口電路、繼電器驅動電路構成電連接，繼電器驅動電路與繼電器輸出電路構成電連接。所述模擬量輸入模塊(3),開關量輸入模塊(4),開關量輸出模塊(5)作為本智能照明裝置的底層智能元件，通過CAN總線形成電連接。開關量輸入模塊作為智能照明裝置中燈具等照明設備的開關接入設備，開關量輸出模塊作為照明裝置的迴路控制設備，兩者一起構成控制接入與輸出。模擬量輸入模塊則提供了智能照明裝置對模擬設備如亮度傳感器，紅外溫度傳感器的接入能力，從而能夠為整個裝置依據外部環境的光照度，及受控區間的人員活動情況等進行智能控制提供基礎，實現更聞的能效。所述CAN-Ethernet網關(6)，採用ARM系統與CAN總線結合，ARM採用基於ARM926EJ-S 內核的 ARM9 處理器 AT91SAM9260，CAN 總線設計採用 SJA1000T，SJA1000 是·一種獨立控制器，用於移動目標和一般工業環境中的區域網絡控制CAN。CAN網關具體包括ARM系統電路，CAN總線接口電路，CAN接口時序輔助電路，Ethernet物理層接口電路，電源電路。ARM系統電路通過CPLD邏輯晶片與CAN總線接口電路構成電連接，Ethernet物理層接口電路與ARM系統電路構成電連接，電源電路通過直流12V轉直流5V電路與直流5V轉直流3. 3V電路構成系統所需的5V和3V電壓，CAN接口時序輔助電路包括電隔離器件和CAN電路電壓驅動晶片，其中電隔離器件與CAN控制器SJA1000T構成電連接，電路電壓驅動晶片與電隔離器件構成電連接。所述場景控制器(7)，包括主要包括主控模塊系統電路，CAN接口電路，I/O接口電路、CAN撥碼電路以及SPI接口電路。主控模塊系統電路通過CAN接口電路與CAN總線電連接，通過SPI接口與液晶顯示屏構成電連接，通過I/O接口電路與4X4鍵盤構成電連接，通過I/O接口電路與CAN撥碼電路構成電連接。該場景控制器通過CAN總線電路接入智能照明裝置的底層CAN網絡，設計上利用LPCl 1C14作為核心處理器晶片，LPC11C14是基於ARMCortex-MO的微控制器，可用於高集成度和低功耗的嵌入式應用。板卡利用8路I/O接口實現4*4的鍵盤功能。8路I/O接口實現CAN ID的撥碼輸入。SPI接口實現液晶屏的接口。本板卡使用12V電壓輸入，5V和3. 3V電壓輸出。5V電壓主要給CAN總線上收發電氣晶片(TJA1051T)供電。3. 3V電壓主要給LPC11C14和其他外圍晶片供電。所述智能繼電器(8)，主要包括CAN接口電路，CAN撥碼電路，數據處理單元、編程接口電路、電流檢測電路，電源電路。數據處理單元分別與CAN接口電路、CAN撥碼電路、編程接口電路構成電連接，內置的電流檢測電路通過CAN總線與照明終端設備構成電連接。智能繼電器具有CAN總線接口，處理能夠使用手動方式進行控制的同時，亦能依靠CAN總線接入智能照明裝置從而通過網絡進行控制。同時，智能繼電器具備先進的迴路電流檢測與反饋功能，內置的電流檢測電路能夠檢測所在迴路的電流值，並將該電流值反饋至CAN總線網絡，進而傳輸至上層的智能照明裝置伺服器，從而為位於上層的智能照明裝置管理軟體提供決策依據。本實用新型的工作過程是整個智能照明裝置通過底層模塊作為執行機構與手動控制信號獲取機構，通過CAN-Ethernet網關實現CAN網絡與Ethernet網絡的轉換,通過上層伺服器對數據進行存儲與處理。本智能照明裝置除了實現了常規照明設備中的現場手動控制功能以外，同時實現了依靠CAN網絡與Ethernet網絡，通過上層智能照明中控管理軟體進行集中控制，大大提高了控制效率，同時通過智能照明中控管理軟體簡化了對整個照明裝置的狀態監控；針對 常規手動控制中不夠靈活、能效不高的難題，本智能照明裝置通過底層模擬量輸入模塊與上層光照度控制軟體組件提供了根據環境進行智能控制的工作模式，具有綠色、節能、環保的特點，實現了更高的能效。
權利要求1.一種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置，其特徵在於包括智能中控主機、照明系統伺服器、若干與CAN總線網絡連接的CAN總線元件、至少一個經乙太網與照明系統伺服器連接並經CAN總線與CAN總線元件連接的CAN-Ethernet網關，所述智能中控主機通過乙太網與所述照明系統伺服器連接；所述照明系統伺服器通過乙太網與CAN-Ethernet網關連接，所述CAN總線元件通過CAN網絡與CAN-Ethernet網關連接。
2.根據權利要求I所述的一種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置，其特徵在於CAN-Ethernet網關包括ARM系統電路，CAN總線接口電路，CAN接口時序輔助電路，Ethernet物理層接口電路，電源電路，ARM系統電路通過CPLD邏輯晶片與CAN總線接口電路構成電連接，Ethernet物理層接口電路與ARM系統電路構成電連接，電源電路通過直流12V轉直流5V電路與直流5V轉直流3. 3V電路構成系統所需的5V和3V電壓，CAN接口時序輔助電路包括電隔離器件和CAN電路電壓驅動晶片，其中電隔離器件與CAN控制器SJA1000T構成電連接，電路電壓驅動晶片與電隔離器件構成電連接。
3.根據權利要求2—種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置，其特徵在於所述的模擬量輸入模塊，用於實現智能照明裝置中模擬信號的接入；包括AD轉換電路，CAN接口電路，CAN撥碼電路，數據處理單元、編程接口電路，電源電路，數據處理單元分別與AD轉換電路、編程接口電路、CAN撥碼電路構成電連接。
4.根據權利要求2—種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置，其特徵在於所述的開關量輸入模塊，包括開關量接口電路，CAN接口電路，CAN撥碼電路，數據處理單元，編程接口電路，電源電路，數據處理單元分別與開關量接口電路中的光耦隔離單元、CAN接口電路、CAN撥碼電路、編程接口電路構成電連接。
5.根據權利要求2—種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置，其特徵在於所述的開關量輸出模塊，包括CAN接口電路，CAN撥碼電路，數據處理單元，編程接口電路，繼電器驅動電路、繼電器輸出電路、電源電路，開關量輸出接口電路與外部繼電器構成電連接，數據處理單元分別與CAN接口電路、CAN撥碼電路、編程接口電路、繼電器驅動電路構成電連接，繼電器驅動電路與繼電器輸出電路構成電連接。
6.根據權利要求2—種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置，其特徵在於所述的場景控制器，包括主控模塊系統電路，CAN接口電路，I/O接口電路、CAN撥碼電路以及SPI接口電路，主控模塊系統電路通過CAN接口電路與CAN總線電連接，通過SPI接口與液晶顯示屏構成電連接，通過I/O接口電路與4X4鍵盤構成電連接，通過I/O接口電路與CAN撥碼電路構成電連接。
7.根據權利要求2—種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置，其特徵在於所述的智能繼電器，包括CAN接口電路，CAN撥碼電路，數據處理單元、編程接口電路、電流檢測電路，電源電路，數據處理單元分別與CAN接口電路、CAN撥碼電路、編程接口電路構成電連接，內置的電流檢測電路通過CAN總線與照明終端設備構成電連接。
專利摘要本實用新型所述一種基於CAN-Ethernet架構的分布式智能照明裝置是基於CAN網絡+Ethernet(乙太網)網絡的兩層架構的分布式智能控制裝置。在該照明裝置中，每一條照明支線上的照明設備通過耦合器耦合到CAN總線上，設備之間通過CAN總線進行底層通信；每條線路與照明系統伺服器通過乙太網完成數據的上層通信，即遵循TCP/IP協議進行通信。該照明裝置主要包括智能中控主機、照明系統伺服器、若干與CAN總線網絡連接的CAN總線元件、至少一個經乙太網與照明系統伺服器連接並經CAN總線與CAN總線元件連接的CAN-Ethernet網關。所述智能中控主機通過乙太網與所述照明系統伺服器連接；所述照明系統伺服器通過乙太網與CAN-Ethernet網關連接，所述CAN總線元件通過CAN網絡與CAN-Ethernet網關連接。本實用新型與現有的技術實現方式相比，具有設計合理、結構清晰、集成度高、兼容性強、使用方便等特點。
文檔編號H05B37/02GK202750271SQ201220163738
公開日2013年2月20日 申請日期2012年4月18日 優先權日2012年4月18日
發明者丁又華, 黃偉華, 陸德波, 袁行船, 潘麗輝, 夏靜 申請人:中船重工(武漢)凌久高科有限公司