CN202750271U - 一种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所述一种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置是基于CAN网络+Ethernet（以太网）网络的两层架构的分布式智能控制装置。在该照明装置中，每一条照明支线上的照明设备通过耦合器耦合到CAN总线上，设备之间通过CAN总线进行底层通信；每条线路与照明系统服务器通过以太网完成数据的上层通信，即遵循TCP/IP协议进行通信。该照明装置主要包括智能中控主机、照明系统服务器、若干与CAN总线网络连接的CAN总线元件、至少一个经以太网与照明系统服务器连接并经CAN总线与CAN总线元件连接的CAN-Ethernet网关。所述智能中控主机通过以太网与所述照明系统服务器连接；所述照明系统服务器通过以太网与CAN-Ethernet网关连接，所述CAN总线元件通过CAN网络与CAN-Ethernet网关连接。本实用新型与现有的技术实现方式相比，具有设计合理、结构清晰、集成度高、兼容性强、使用方便等特点。
Description
—种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及照明控制技术领域,具体地说一种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置。
背景技术
[0002] 随着低碳概念的引入和推广，照明设备技术领域提出了“绿色照明”的理念。而智能照明控制正是为响应这一理念而成为了当今照明领域的主流发展技术。所谓智能照明控 制，就是根据某一区域的功能，按照不同的时间、室内外亮度或该区域的用途来自动控制照明设备，达到对照明设备的分散控制，并能够实现集中管理与监控的目的。智能照明装置不仅是节约能源的有效措施，也是实现照明控制方式艺术性和舒适性的有效手段。目前，一个完整的智能照明系统是一个集多种照明控制方式、现代化数字控制技术和网络技术于一身的控制系统。它的出现和发展，使照明可以分布式控制、维护管理也便于操作，并为建筑照明提供了多种艺术效果。
[0003] 然而，目前市面上出现的各种智能照明系统，在通信方式上大多基于RS232、RS485、20mA电流环等通信方式，普遍存在通信距离短、数据传输速率慢、误码率高，可靠性差等问题；在控制方式上，一般只能实现区域照明和定时开关功能，不能实现场景控制，以及根据室内外光线亮度实时控制照明回路等功能；在信息处理方面，不便于人机交互以及监控，也不便于及时进行故障反馈和报告。因此，基于以上原因，提出了一种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置。
发明内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种分布式智能照明装置，可以实现完备的照明控制方式。该智能照明装置是基于CAN网络+Ethernet (以太网）网络的两层架构的分布式智能控制装置。即每一条照明支线上的照明设备通过耦合器耦合到CAN总线上，设备之间通过CAN总线进行底层通信；每条线路与照明系统服务器通过以太网完成数据的上层通信，即遵循TCP/IP协议进行通信。该智能照明装置提供了完备的照明控制方式，分别为区域控制，组合控制，定时控制，延时控制，调光控制和场景控制。通过照明控制方式，突破了传统的一灯一开关的思维，实现了根据场景对组合灯光进行调节和控制的功能，达到节约能源的目的并实现了照明控制方式的艺术性和舒适性。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0006] 一种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置：包括智能中控主机、照明系统服务器、，若干与CAN总线网络连接的CAN总线元件、至少一个经以太网与照明系统服务器连接并经CAN总线与CAN总线元件连接的CAN-Ethernet网关；所述智能中控主机通过以太网与照明系统服务器连接；所述照明系统服务器通过以太网与CAN-Ethernet网关连接，所述CAN总线元件通过CAN网络与CAN-Ethernet网关连接。
[0007] 所述智能中控主机，通过以太网与所述照明系统服务器连接，采用基于Windows操作系统的高端PC机，其上运行有智能照明中控管理软件，实现对整个智能照明装置的监视与控制。
[0008] 所述照明系统服务器，通过以太网与所述CAN-Ethernet网关连接，采用基于UNIX操作系统并安 装有数据库的服务器，其上运行着智能照明装置的服务器软件，完成对智能照明装置中所有数据的存储与管理。
[0009] 所述CAN-Ethernet网关用于实现智能照明装置中底层CAN网络与照明装置中上层Ethernet网络的协议转换与通信，并实现子网络中数据过滤，逻辑配置与控制，定时控制等功能。其中一端为CAN总线网络，另一端为Ethernet网络。数据上行传输时，能够正确接收CAN总线上的数据，并将数据按符合Ethernet网络的数据格式通过网络接口输出；数据下行传输时，能够实现与之相反的数据通信流程。
[0010] 所述CAN总线兀件包括：模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、场景控制器以及智能继电器；所述智能继电器与输入模块、输出模块构成电连接。CAN总线元件直接与照明设备相连，主要用于执行CAN-Ethernet网关传达的命令，以及将照明设备的状态信息反馈给智能中控主机。
[0011] 所述模拟量输入模块，用于实现智能照明装置中模拟信号的接入。模拟信号经过AD转换电路量化后，由CAN总线控制器进行打包，最后通过CAN接口电路发送到CAN总线上。同时模拟量输入模块能够接受智能照明中控管理软件的查询请求。
[0012] 所述开关量输入模块，用于实现智能照明装置中开关量信号的接入。开关量信号经过光耦隔离后，以有源的逻辑电平信号接入CAN控制器，CAN控制器对数据打包并通过CAN接口电路发送到CAN总线上。
[0013] 所述开关量输出模块，开关量输出接口电路与外部继电器构成电连接，提取CAN总线数据并控制继电器的开闭，从而控制相应回路的通断。
[0014] 所述场景控制器，用于实现智能照明装置中的场景控制功能。该场景控制器通过CAN总线电路接入智能照明装置的底层CAN网络，通过存储电路中设定的场景模式对继电器进行控制，对回路进行管理，从而实现不同的场景需求。同时，为了实现更良好的人机交互功能，场景控制器中提供了液晶显示，支持用户对场景的自定义操作。
[0015] 所述智能继电器，采用本智能照明装置的统一底层接口 CAN总线，用于对照明系统的安全有较高要求的场合。智能继电器提供了电流检测与反馈功能，能够反馈照明装置中出现的过流问题，有效保证智能照明装置的安全性。
[0016] 本实用新型的积极效果在于：本实用新型所述的分布式智能照明装置，是基于CAN网络+Ethernet网络的两层架构而构建的分布式智能照明系统。该照明系统能够解决楼宇照明实时控制管理的问题，可有效的节约电能。本实用新型与现有实现方式相比，具有低成本、低功耗、安装方便、可靠性高、高效防护等优点，因此在智能照明技术领域具有很好的推广使用价值。
附图说明
[0017] 图I是本实用新型的结构框图；
[0018] 图2是本实用新型的中控管理软件架构；
[0019] 图3是本实用新型的CAN总线元件组成框图；[0020] 图4是本实用新型中模拟量输入模块的原理框图；
[0021] 图5是本实用新型中开关量输入模块的原理框图；
[0022] 图6是本实用新型中开关量输出模块的原理框图；
[0023] 图7是本实用新型中智能继电器的原理框图；
[0024] 图8是本实用新型中CAN-Ethernet网关的原理框图；
[0025] 图9是本实用新型中场景控制器的原理框图。
具体实施方式
[0026] 本实用新型所述的一种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置，主要包括智能中控主机、照明系统服务器、若干与CAN总线网络连接的CAN总线元件、至少一个经以太网与照明系统服务器连接并经CAN总线与CAN总线元件连接的CAN-Ethernet网关。所述智能中控主机通过以太网与所述照明系统服务器连接；所述照明系统服务器通过以太网与CAN-Ethernet网关连接，所述CAN总线元件通过CAN网络与CAN-Ethernet网关连接。
[0027] 所述智能中控主机（I )，采用基于Windows操作系统的高端PC机，其上运行有智能照明中控管理软件，实现对整个智能照明装置的监视与控制。智能中控主机上的智能照明中控管理软件包括组合控制组件B，场景控制组件C，常规及强制控制组件D，光照度自动控制组件E，定时控制组件F、延时控制组件G及系统监控组件A。通过多个组件的配合来实现灵活的控制和配置方式，分别为常规控制及强制控制，组合控制，场景控制，定时控制，延时控制和调光控制。系统监控组件实现对智能照明装置中灯具、回路、及总线元件的状态监控。
[0028] 所述照明系统服务器（2)，采用基于UNIX操作系统并安装有数据库的服务器，其上运行着智能照明装置的服务器软件，完成对智能照明装置中所有的数据的存储与管理。智能照明主机与照明系统服务器交互数据以获取照明系统的运行状态；同时，若因照明主机上的相关操作导致系统状态变更，照明系统服务器将同步更新数据库中的数据。
[0029] 所述智能中控主机（I)和照明系统服务器（2)—起作为本智能照明装置的上层总控设备，采用由Ethernet交换机构成的Ethernet网络进行智能照明装置的控制与管理。智能中控主机作为智能照明装置的控制终端，照明系统服务器作为整个智能照明装置的数据存储与管理设备。采用智能中控主机与照明系统服务器分离的方式进一步优化了上层总控部件的结构；同时，根据实际需要，对于可靠性要求高的场合，本智能照明装置可以支持接入多台服务器进行冗余备份。
[0030] 所述模拟量输入模块（3)，用于实现智能照明装置中模拟信号的接入。具体包括AD转换电路，CAN接口电路，CAN拨码电路，数据处理单元，编程接口电路，电源电路。数据处理单元分别与AD转换电路、编程接口电路、CAN拨码电路构成电连接。模拟信号经过AD转换电路量化后，由CAN总线控制器进行打包，最后通过CAN接口电路发送到CAN总线上。同时模拟量输入模块能够接收智能照明装置上层软件的查询请求。
[0031] 所述开关量输入模块（4)，用于实现智能照明装置中开关量信号的接入。具体包括开关量接口电路，CAN接口电路，CAN拨码电路，数据处理单元，编程接口电路，电源电路。数据处理单元分别与开关量接口电路中的光耦隔离单元、CAN接口电路、CAN拨码电路、编程接口电路构成电连接。开关量信号经过光耦隔离后，以有源的逻辑电平信号接入CAN控制器，CAN控制器对数据打包并通过CAN接口电路发送到CAN总线上。
[0032] 所述开关量输出模块（5)，具体包括开关量输出接口电路，CAN接口电路，CAN拨码电路，编程接口电路，电源电路。开关量输出接口电路与外部继电器构成电连接。数据处理单元分别与CAN接口电路、CAN拨码电路、编程接口电路、继电器驱动电路构成电连接，继电器驱动电路与继电器输出电路构成电连接。
[0033] 所述模拟量输入模块（3),开关量输入模块（4),开关量输出模块（5)作为本智能照明装置的底层智能元件，通过CAN总线形成电连接。开关量输入模块作为智能照明装置中灯具等照明设备的开关接入设备，开关量输出模块作为照明装置的回路控制设备，两者一起构成控制接入与输出。模拟量输入模块则提供了智能照明装置对模拟设备如亮度传感器，红外温度传感器的接入能力，从而能够为整个装置依据外部环境的光照度，及受控区间的人员活动情况等进行智能控制提供基础，实现更闻的能效。
[0034] 所述CAN-Ethernet网关（6)，采用ARM系统与CAN总线结合，ARM采用基于ARM926EJ-S 内核的 ARM9 处理器 AT91SAM9260，CAN 总线设计采用 SJA1000T，SJA1000 是·一种独立控制器，用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制CAN。CAN网关具体包括ARM系统电路，CAN总线接口电路，CAN接口时序辅助电路，Ethernet物理层接口电路，电源电路。ARM系统电路通过CPLD逻辑芯片与CAN总线接口电路构成电连接，Ethernet物理层接口电路与ARM系统电路构成电连接，电源电路通过直流12V转直流5V电路与直流5V转直流3. 3V电路构成系统所需的5V和3V电压，CAN接口时序辅助电路包括电隔离器件和CAN电路电压驱动芯片，其中电隔离器件与CAN控制器SJA1000T构成电连接，电路电压驱动芯片与电隔离器件构成电连接。
[0035] 所述场景控制器（7)，包括主要包括主控模块系统电路，CAN接口电路，I/O接口电路、CAN拨码电路以及SPI接口电路。主控模块系统电路通过CAN接口电路与CAN总线电连接，通过SPI接口与液晶显示屏构成电连接，通过I/O接口电路与4X4键盘构成电连接，通过I/O接口电路与CAN拨码电路构成电连接。该场景控制器通过CAN总线电路接入智能照明装置的底层CAN网络，设计上利用LPCl 1C14作为核心处理器芯片，LPC11C14是基于ARMCortex-MO的微控制器，可用于高集成度和低功耗的嵌入式应用。板卡利用8路I/O接口实现4*4的键盘功能。8路I/O接口实现CAN ID的拨码输入。SPI接口实现液晶屏的接口。本板卡使用12V电压输入，5V和3. 3V电压输出。5V电压主要给CAN总线上收发电气芯片(TJA1051T)供电。3. 3V电压主要给LPC11C14和其他外围芯片供电。
[0036] 所述智能继电器（8)，主要包括CAN接口电路，CAN拨码电路，数据处理单元、编程接口电路、电流检测电路，电源电路。数据处理单元分别与CAN接口电路、CAN拨码电路、编程接口电路构成电连接，内置的电流检测电路通过CAN总线与照明终端设备构成电连接。
[0037] 智能继电器具有CAN总线接口，处理能够使用手动方式进行控制的同时，亦能依靠CAN总线接入智能照明装置从而通过网络进行控制。同时，智能继电器具备先进的回路电流检测与反馈功能，内置的电流检测电路能够检测所在回路的电流值，并将该电流值反馈至CAN总线网络，进而传输至上层的智能照明装置服务器，从而为位于上层的智能照明装置管理软件提供决策依据。
[0038] 本实用新型的工作过程是：
[0039] 整个智能照明装置通过底层模块作为执行机构与手动控制信号获取机构，通过CAN-Ethernet网关实现CAN网络与Ethernet网络的转换,通过上层服务器对数据进行存储与处理。本智能照明装置除了实现了常规照明设备中的现场手动控制功能以外，同时实现了依靠CAN网络与Ethernet网络，通过上层智能照明中控管理软件进行集中控制，大大提高了控制效率，同时通过智能照明中控管理软件简化了对整个照明装置的状态监控；针对 常规手动控制中不够灵活、能效不高的难题，本智能照明装置通过底层模拟量输入模块与上层光照度控制软件组件提供了根据环境进行智能控制的工作模式，具有绿色、节能、环保的特点，实现了更高的能效。
Claims (7)
1. 一种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置，其特征在于：包括智能中控主机、照明系统服务器、若干与CAN总线网络连接的CAN总线元件、至少一个经以太网与照明系统服务器连接并经CAN总线与CAN总线元件连接的CAN-Ethernet网关，所述智能中控主机通过以太网与所述照明系统服务器连接；所述照明系统服务器通过以太网与CAN-Ethernet网关连接，所述CAN总线元件通过CAN网络与CAN-Ethernet网关连接。
2.根据权利要求I所述的一种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置，其特征在于：CAN-Ethernet网关包括ARM系统电路，CAN总线接口电路，CAN接口时序辅助电路，Ethernet物理层接口电路，电源电路，ARM系统电路通过CPLD逻辑芯片与CAN总线接口电路构成电连接，Ethernet物理层接口电路与ARM系统电路构成电连接，电源电路通过直流12V转直流5V电路与直流5V转直流3. 3V电路构成系统所需的5V和3V电压，CAN接口时序辅助电路包括电隔离器件和CAN电路电压驱动芯片，其中电隔离器件与CAN控制器SJA1000T构成电连接，电路电压驱动芯片与电隔离器件构成电连接。
3.根据权利要求2 —种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置，其特征在于：所述的模拟量输入模块，用于实现智能照明装置中模拟信号的接入；包括AD转换电路，CAN接口电路，CAN拨码电路，数据处理单元、编程接口电路，电源电路，数据处理单元分别与AD转换电路、编程接口电路、CAN拨码电路构成电连接。
4.根据权利要求2 —种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置，其特征在于：所述的开关量输入模块，包括开关量接口电路，CAN接口电路，CAN拨码电路，数据处理单元，编程接口电路，电源电路，数据处理单元分别与开关量接口电路中的光耦隔离单元、CAN接口电路、CAN拨码电路、编程接口电路构成电连接。
5.根据权利要求2 —种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置，其特征在于：所述的开关量输出模块，包括CAN接口电路，CAN拨码电路，数据处理单元，编程接口电路，继电器驱动电路、继电器输出电路、电源电路，开关量输出接口电路与外部继电器构成电连接，数据处理单元分别与CAN接口电路、CAN拨码电路、编程接口电路、继电器驱动电路构成电连接，继电器驱动电路与继电器输出电路构成电连接。
6.根据权利要求2 —种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置，其特征在于：所述的场景控制器，包括主控模块系统电路，CAN接口电路，I/O接口电路、CAN拨码电路以及SPI接口电路，主控模块系统电路通过CAN接口电路与CAN总线电连接，通过SPI接口与液晶显示屏构成电连接，通过I/O接口电路与4X4键盘构成电连接，通过I/O接口电路与CAN拨码电路构成电连接。
7.根据权利要求2 —种基于CAN-Ethernet架构的分布式智能照明装置，其特征在于：所述的智能继电器，包括CAN接口电路，CAN拨码电路，数据处理单元、编程接口电路、电流检测电路，电源电路，数据处理单元分别与CAN接口电路、CAN拨码电路、编程接口电路构成电连接，内置的电流检测电路通过CAN总线与照明终端设备构成电连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130220 Termination date: 20160418 |
|
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