摘要：各建筑室内光线不同，采用同一亮度光源照明势必浪费不少电能。设计了一种利用CAN总线进行远程控制的建筑室内LED照明智能控制系统。该系统利用ATEMEGA8单片机进行环境光强数据采集，并根据光强，实时调节灯具的电流的大小，达到节能的目的。该系统结构简单，体积小，工作安全可靠，具有很高的实用价值。
关键词：CAN总线；单片机；光强检测；节能
0引言
在节能环保的今天，我国照明所消耗的电能约占电力总消耗量的1/6。建设部对照明节能设计的要求就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，利用电能、太阳能等能源，力求最大限度地减少照明系统中的能耗损失[1]。
目前，就各种建筑而言，有背光的地方，也有向阳的地方，因而，照明时如果采用同一光强照度，就存在一些光线过剩的地方，这显然是一种浪费。本文针对这种情况，设计了一种办公楼建筑电气照明智能控制器。
1LED照明智能控制器总体设计
本智能控制器的设计目的是节约电能，设计的基本思路是：利用光强传感器采集环境的光强，微控制器通过读取光强参数，与标准值比较，来判断是否调节照明灯具的亮度，以达到节约电能的目的。
办公楼建筑照明的照度标准值如表1所示。
根据GBJ133-90的标准，在不同的房间，照度标准有差别，因此，针对不同的地方，可以设置不同的照度。本照明控制器有如下功能要求：
(1)控制器能够准确的采集环境的光强；
(2)依据光强，控制器能够及时调整照明灯具的亮度；
(3)能够实现远程控制和分布式控制；
(4)实现LED照明系统的驱动与控制。
根据要求，本系统采用当今国际上应用最广泛的现场总线CAN总线构成通信网络，实现远程控制，并将各个房间的节点连接起来，采用单片机实现光强的采集和灯具亮度的调整。系统的原理框图如图1所示。
2系统硬件设计
本智能控制器主要由单片机模块、CAN总线通信模块、光强检测模块、亮度调整模块等组成。CAN总线通信模块将所有的控制器连接成一个完整的网络，便于值班员在监控室对整个照明系统进行远程控制，光强检测模块是通过对光强的检测来判断环境光强的大小，亮度调整模块则是通过改变通电时间来调整灯具亮度。
2.1单片机模块
单片机是系统的核心，完成控制、数据采集、处理、输出等功能。本系统采用ATMEGA8单片机。采用ATmega8单片机的优点如下[2]：
(1)集成了A/D转换功能。使用单片机本身集成的A/D转换功能，可以简化电路设计，降低功耗；
(2)带片内RC振荡器的可编程看门狗定时器。使用单片机内部集成的看门狗功能，不需外加具有看门狗功能的芯片就能提高采集器抗干扰的能力；
(3)低功耗。ATmega8单片机可以在3种模式下工作，他们在4MHz、3V和25℃条件下的功耗分别是：正常模式：3.6mA；空闲模式：1.0mA；掉电模式：0.5μA；
(4)带有I2C总线接口。ATmega8单片机提供了实现标准两线串行总线通信的硬件接口；
(5)带有3个定时/计数器，能产生三路频率相位可调的PWM波。
综上所述，本系统采用这种单片机，不仅外围电路简单，而且提高了系统抗干扰能力，降低了成本。
2.2通信模块
本系统采用CAN总线作为通信模块。由于CAN总线具有独特的设计理念、良好的功能特性和极高的可靠性，现场抗干扰能力强，已由国际标准组织ISO制订了CAN总线的国际标准。CAN总线信号的传输可采用双绞线、同轴电缆或光纤，最高通信速率可达1Mbps，数据传输在5Kbps时，传输距离可达到10km。一个CAN网段上的网络节点可达110个，还可通过CAN网关／网桥延伸网段或和其他各种网络互联互通。
CAN通信速率高、开放性好、通信距离长，且具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点，与其他通信总线相比，CAN总线数据通信具有突出的高可靠性、实时性和灵活性。由ATMEGA8构成的CAN总线接口电路如图2所示[3，4]。
2.3光强检测模块[5]
光强传感器选用TAOS公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置的光强度数字转换芯片TSL2561。该芯片可广泛应用于各类显示屏的监控，目的是在多变的光照条件下，使得显示屏提供最佳的显示亮度并尽可能降低电源功耗；还可以用于街道光照控制、安全照明等众多场合。该芯片的主要特点如下：
(1)可编程设置许可的光强度上下阈值，当实际光照度超过该阈值时给出中断信号；
(2)数字输出符合标准的I2C总线协议；
(3)模拟增益和数字输出时间可编程控制；
(4)1.25mm×1.75mm超小封装，在低功耗模式下，功耗仅为0.75mW；
(5)自动抑制50Hz/60Hz的光照波动。
ATMEGA8与TSL2561的硬件连接，示意图如图3所示。
2.4亮度调整模块
试验证实，由于LED封装中其正向压降离散值较大，且LED亮度输出与其电流成正比[6]。为了获得稳定的LED光通量输出，LED器件的输入电压或电流亦需稳定，所以必须选用LED电源驱动器。一般可将LED电源驱动解决方案划分为以下三大类[7]：(1)DC/DC应用；(2)AC/DC应用(＜25W)；(3)AC/DC应用(＞25W)。
亮度调整的方法很简单，通过改变PWM波的频率来调整通电时间即可。图4为本控制器的LED驱动电路[8-10]，可以通过电压反馈和光强两个参数来调节LED通电时间，以达到亮度调节的目的。
3系统软件设计
本系统的软件主要包括上位机软件和下位机软件。下位机软件由光强检测软件、CAN总线通信软件、亮度调整软件等。光强检测软件主要完成环境光强度的检测，将测量信号传入单片机以后，与预设置的光强进行比较，差值即为灯光的光强(当然，如果环境光高于预设值，灯光的电流为零)。亮度的调整是通过调节通电时间来改变灯光的光强，达到预设的光强为止。CAN总线通信软件将每个房间的信号传送给控制中心，实现远程控制。下位机的软件流程图如图5。
4结语
本文介绍的智能控制器利用CAN总线将各房间的控制器连接起来，实现了远程控制和分布式控制，利用ATMEGA8单片机采集光强并调节电流，具有性能稳定，工作可靠，运行期间可以大大节约电能消耗的特点。本智能控制器已经完成实验室的各项试验，对LED光源的控制有很好的效果，可以提高电能的使用效率。