基于CAN总线的LED照明智能控制方法

王 聚

（上海罗曼照明科技股份有限公司，上海 200090）

0 引 言

LED照明是目前市场中主流的照明方式，在LED照明过程中，由于频繁调节照明设备，易产生磨损磨损，导致照明设备的使用寿命缩短，无法充分利用照明光源。为保证LED照明灯光的利用率，避免造成过多的光源损失，针对其进行智能控制是实现此目标的有效途径。在我国针对智能控制照明的相关研究中，主要通过设计控制开关的方式实现照明控制[1]。传统控制方法中存在明显不足有待改进，为解决传统控制方法中存在的问题，CAN总线作为多主方式的串行通信总线，能够提高控制数据在传输过程中的耗时，提高控制效率[2]。因此，针对CAN总线在该控制方法中的应用是具有现实意义的，能够为针对该控制方法的优化设计起到助力作用。

1 CAN总线介绍

CAN总线作为目前国际上应用最为广泛的通信总线，能够通过ISO国际标准化的串行通信协议，实现实时控制的串行通信网络。该总线在提升通信速率方面取得了十分卓越的成就，相比于传统总线能够提升48.6%。其对传输介质的选择约束较少，具有十分广泛的适用性[3]。CAN总线运用非破坏性总线仲裁技术，设计出独特的接口电路，可同时由多个节点共同传输信息，实现了多主方式的串行通信，作为一种新型通信总线，具备极高的性价比。该总线以其具备的实时性、灵活性以及可靠性等特点，在多通信总线中脱颖而出，成为时下最受欢迎的通信总线[4]。

通常情况下，CAN总线的通信范围为0～10 km，使超远距离的数据传输真正意义上成为可能，且每节点的通信速率最高可达1.0 Mb/s。该总线在具备数据传输功能的同时，具备纠错功能，在数据传输过程中，面对突发事件能够在第一时间通过CRC校验的方式，发现出现错误的原因，再采用差分手法，从根本上降低误码率，进而保证数据传输的有效性，保证其通信质量[5]。CAN总线以其独有的检错机制，能够在信息传输发生错误时自动退线，最大限度地确保线路的安全性。

2 LED照明智能控制方法

2.1 发送LED照明智能控制节点信息

为了实现对LED照明的智能化控制，引进CAN总线，利用CAN提供的智能通信协议选择智能控制节点，并根据R线分布向智能控制端发送节点信息[6]。在此过程中，应用在CAN通信协议支撑下的代码自动生成软件，对LRD终端进行节点信息优化配置，通过此种方式不仅可实现对终端编码效率的提升，而且也可在查询LED终端控制信息过程中采用报文的方式对节点信息进行有效传输。

在传输报文信息前，需要读取LED照明端的寄存器状态，通过判断终端节点是否处于信息接收状态，判断前端是否对LED照明信息执行了发送请求。当确保两端均处于通信状态时，检索前端是否对控制信息进行有效发送，或发送信息是否接收成功等[7]。若前端显示信息成功发送，且终端实现对信息的接收，则需要将待发送的数据按照指定的控制排列规则进行排序，使控制信息组合成一种数据帧，然后将数据帧进行封装处理，并将其传输至数据缓存区域。判断封装的信息是否符合CAN总线通信协议，若判定条件符合则直接在操作端点击发送功能键即可[8]。在此过程中，主控制节点在信息初始化控制过程中，可选择 MO 1.0（Message Object 1.0） ～ MO 5.0（Message Object 5.0）作为报文信息配置对象，传输过程报文信息配置对象的功能如表1表示。

表1 基于CAN总线的控制节点报文配置信息

按照表1中信息，对LTU端信息与RTU端信息进行报文信息匹配[9]。在此基础上，结合终端主节点的顺序，对发送LED照明智能控制节点信息的流程进行规划。发送LED照明智能控制节点信息的流程如图1所示。

图1 发送LED照明智能控制节点信息的流程

按照图1所示流程，通过对子节点数据信息的实时更新处理，实现MO 1.0（Message Object 1.0）～MO 5.0（Message Object 5.0）子节点信息的实时更新，在确保发送节点数据具备一定时效性的基础上，执行流程，以此完成对基于CAN总线LED照明智能控制节点的信息发送。

2.2 结合报文控制节点设计LED照明智能控制流程

在确保终端可接收到控制节点信息的基础上，应综合报文控制节点，对LED照明智能控制流程进行最终设计。此过程中，通过LED照明中多种元件的通信连接，将CAN总线端的信息整理成报文，发送给微服务器端，当微服务器端接收到控制信息后，对接收到的信息进行协议转换与算法统计，智能定位LED照明设备的控制位置，最终使用总线（USART）驱动LED照明设备，从而达到LED照明智能控制的目的[10]。综合上述分析，对其控制流程进行设计，步骤如下。

第一步连接LED照明装置与多种通信装置，初始化LED照明装置的多个功能模块，第二步完成对LED照明装置的初始化处理后，在控制端输入稳定照明电压，检测装置运行，第三步在自检行为通过后启动LED照明内的自动定时器，用于采样与定位控制行为误差，第四步在前端开始正常工作后接收控制节点报文信息，第五步深度解析报文内容，判断照明灯光与照明亮度现状，第六步解析控制行为，第七步执行对照明的控制，完成对LED照明的智能控制。

3 对比实验

本文上述完成对基于CAN总线的LED照明智能控制方法的理论设计，为验证该方法在实际应用中的效果，开展如下对比实验。

选择建筑施工企业正在施工的建筑设施作为实验环境，该项目目前已完成结构搭建、电气设备以及管线等相应的搭建工作，正在实施灯光照明安装和控制。选择该建筑中两层结构的所有照明设备作为实验对象，其中一层利用本文提出的智能控制方法，另一层利用传统照明控制方法。为确保实验结果具有一定的客观性，应保证两层建筑结构当中所有照明设备的规格和照明方式均相同。表2为两层建筑结构中LED照明设备的型号和规格参数对照表。

表2 两层建筑结构LED照明设备型号、规格对照表

将表1中3种不同型号的LED照明设备安装在两层建筑结构的对应位置上，分别利用两种控制方法对LED照明设备进行控制，针对每种型号LED照明设备进行分别进行一组100次开关控制的操作，在每一个LED照明设备位置上安排相应的实验人员对路灯亮起次数进行记录，将实验结果绘制成图2的实验结果对比图。

图2 两种照明控制方法实验结果对比图

从图2中的实验结果可以看出，本文控制方法下，3种不同型号的LED照明设备在100次开关控制的过程中能够达到更高的亮灯次数，并且JEH4588-003型号LED照明设备的亮灯次数为100，达到了100%的高精度控制。而传统控制方法下，3种不同型号的LED照明设备在100次开关控制的过程中亮灯次数均小于本文控制方法，并且JEH4588-002型号LED照明设备的亮灯次数未超过总控制次数的50%，与照明控制要求存在较大差异。

上述实验验证了本文方法对LED照明设备开关的控制情况，下面依然使用上述两种方法进行照明亮度的测试，分别控制3种不同型号LED照明设备的照明亮度，以两种方法下达100次亮度调节指令，观察照明设备的亮度控制结果如图3所示。

图3 两种照明控制方法照明亮度控制效果对比

由图3可以看出，经过100次的照明亮度调节，传统方法控制精准度较低且不稳定，波动较大，本文方法控制精准度接近100%，且控制较为稳定，由此证明本文方法在LED照明设备亮度控制中的优势，在实际应用中能够有效提高对LED照明设备的控制精度，控制效果满足照明标准。

4 结 论

本文在完成对CAN总线的分析与研究后，从发送LED照明智能控制节点信息、结合报文控制节点设计控制流程，对基于CAN总线的LED照明智能控制方法展开设计，并通过设计对比实验的方式验证本文的设计方法。经过专业的实验检验后，证明了本文设计方法可实现对LED照明设备的高精度控制，在实际应用中的效果更为显著，因此可尝试将本文设定的方法投入市场使用。