基于CAN/以太网网关的智能楼宇系统的研究与设计

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:djs4520345
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随着经济发展和生活节奏的加快,传统的家居环境已经不能满足人们的需求,面对人们对舒适、便捷、安全的生活和工作办公环境的要求,智能楼宇系统应运而生。自从美国第一栋智能型建筑建成以来,世界各国争相进入智能楼宇这一市场前景广阔的技术领域,并使得智能楼宇得到快速发展和广泛的应用。传统的智能楼宇系统多采用分布式控制系统或现场总线控制系统实现对家居对象的监控,虽然可靠性高,但在信息集成和远程控制的实现上比较困难。基于网络环境下的智能控制技术的出现正好解决了这一问题。特别是随着网络环境的完善,如何充分利用当前网络基础设施实现楼宇的高效可靠控制与管理具有重要的应用价值。本文在对智能楼宇系统各对象分析的基础上,针对现代智能楼宇系统信息化管理和远程控制的需求,提出了一种基于以太网与CAN总线的智能楼宇系统,并将系统网络分成两个层次。其中以太网作为数据信息网络主要用于通信,实现信息的集成管理和远程控制等功能;CAN总线网络作为现场控制网络主要用于控制,实现对底层家居设备的控制和监测。依据系统的网络结构,完成了系统控制平台的设计,包括嵌入式主控制器和CAN智能节点的硬件设计以及驱动软件设计。最后在控制平台的基础上,结合实际应用,对系统的可扩展性进行了分析,在CAN总线传输距离和节点数受限的情况下,采用主控制器的水平扩展和DALI总线的垂直扩展来提高系统可扩展性;运用可靠度函数分别从网络拓扑结构和节点冗余设计两方面对系统的可靠性进行分析和比较;根据分析结果和实际需求,CAN总线采用冗余环形的网络结构,主控制器采用控制器级的冗余设计;运用动态优先级晋级机制对CAN总线的调度算法进行了优化设计,避免了网络负载过大时低优先级的节点得不到发送数据的情况。本文采用LPC2294为主控制器的微处理器,以C8051F040和89C51为CAN智能节点控制器。从硬件和软件上具体设计了主控制器和CAN智能节点以及控制器的外围电路、存储模块、CAN模块和以太网模块,完成了CAN总线和TCP/IP协议栈的实现。本文最后对所做工作进行系统的总结和展望,提出系统进一步发展的工作方向和工作重点。
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