基于CAN总线技术构建隧道灯光控制系统

1 隧道灯光控制系统描述

隧道灯光控制系统主要负责为在隧道中行驶的车辆提供可靠的照明，其系统的可靠性要求非常高，灯光照明系统一旦发生故障，很容易导致交通事故。此外，在保证隧道灯光控制系统可靠性的前提下，对隧道灯光控制系统的照明亮度设计也有较高要求。在传统设计中，照明亮度是固定不变的，难以适应白天和夜间两种环境，造成白天隧道内亮度不足，夜间隧道内亮度又过高。使得刚进入隧道的司机一时适应不了，容易导致追尾事故。

基于CAN总线的CAN-bus分布式控制系统非常适合构建隧道灯光控制系统。主要有以下3个原因：①CAN总线通信可靠性高，速率高，距离长；②CAN总线的负载能力强；③CAN总线是一种多主结构的总线。

2 AnyCAN7000系列模块简介

本文设计的隧道灯光系统前端控制设备采用广州致远电子有限公司的AnyCAN7000系列模块加上外围电路设计而成。AnyCAN7000系列模块采用带内嵌CAN控制器的高速微处理器为核心，可配置多种外围端口，为用户提供灵活的网络通信和数据采集集成方案。

AnyCAN7000系列模块本身在硬件没计上充分考虑恶劣的工作环境，CAN-bus通信端几采用高速的信号隔离器件、总线保护器件，外围使用硬件看门狗和专用电源复位芯片，确保模块在恶劣工作环境下稳定运行。如图1所示，AnyCAN7000系列模块采用金属外壳并灌胶密封具有很好的抗干扰、抗跌落、抗潮湿性能。

AnyCAN7000系列模块能够帮助客户快速设计出可靠的具备数据采集、控制和自带CAN-bus通信接口功能的没备。AnyCAN7000系列模块具备16路I／O、4路10位ADC输入和4路16位PWM输出的功能资源，这些资源都是可以通过软件来进行配置的，非常灵活。AnyCAN7000系列模块配有状态指示灯，方便客户观察系统状态。

3 AnyCAN7000系列模块的应用

客户在产品设计过程中，以AnyCAN7000系列模块为电路核心，进行非常简洁的外围设计，然后通过配置软件对AnyCAN7000系列模块进行配置后，其产品就可以进入实用阶段。

以隧道灯光控制设备为例（如图3所示），用户将AnyCAN7000配置成3×lO位A／D输入和1×8位PWM输出。其中，1路8位PWM输出控制大功率驱动电路完成对灯的亮度控制（采用LED灯源），3路A／D输入分别对灯电流、环境亮度、环境温度进行测量。通过对灯电流的测量可检测剑灯的工作情况，如灯电流出现异常，能够及时断点并通知维修；通过检测环境亮度可做到自动控制当前灯的亮度，保证整条隧道的光强都能够根据设定的值自动调整；对环境温度的测量可以及时发现异常情况。

4 智能隧道灯光控制系统方案

以AnyCAN7000模块为核心单元而设计的隧道灯光前端控制设备，实现了智能灯光控制节点的功能，并通过现场总线CAN-bus与隧道灯光控制中心连接。整个智能隧道灯光控制系统的拓扑如图4所示。

系统中，隧道灯光前端控制设备负责隧道灯光的调节和监测，通过现场总线CAN-bus将灯光状态实时传递给隧道灯光控制中心。隧道灯光控制中心根据不同的时段，控制不同的灯光亮度和需要开启的隧道灯数量，做到在保证安全的前提下实现隧道灯光的节能运作。

在智能隧道灯光控制系统网络中，通过CAN网桥CANBridge的扩展，可以实现每路CAN通道可控制多达4 000盏的照明灯。控制主机使用工业PC，配上PCI-5121智能CAN接口卡，通电缆使用线径为2.5 mm2双绞线。每100盏灯使用一个CANBridge网桥，整个系统通信波特率达到50 kbps，。在正常状态下，控制中心通过轮询方式检测和控制每一盏灯的状态；在灯出现异常状态（如烧毁、击碎等情况），由隧道灯光前端控制设备主动向控制中心报警，使控制中心在第一时间获取情况，保证隧道交通安全运营。

在主控中心，以PC为主控系统的平台上，用户可以通过VC、VB等通用编程环境，或者各种工业组态软件进行上位机监控程序的开发。通过凋用PCI-5121本身配套的软件库与函数，用户可以极为方便地开发自己的监控程序。

5 智能隧道灯光控制系统相关设备背景描述

（1） PCI-5121双路智能CAN接口卡

一般来说，计算机本身不带CAN接口，所以直接使用计算机是不能和CAN网络互联的。但是很多商用或者工业应用计算机控制系统都离不开CAN-bus，因此必须使用计算机现有的通信接口（如PCI、USB等）适配、转换为CAN-bus接口，而CAN接口卡的作用就是给计算机增加CAN-bus现场总线接口功能。广州致远电子有限公司的CAN接口卡系列产品，支持几乎所有的计算机接口（包含PCI、USB、Ethernet、PCI104、ISA等），适用于各类工控机、笔记本、普通计算机和平板电脑等，不仅支持通用的Windows系列操作系统以及各种组态软件，还能支持Linux和各种嵌人式实时操作系统（如WinCE和Vx-Vorks等）。PCI-5121双路智能CAN接口卡除了具备通用CAN接口卡的各种功能外，板卡本身还具备CPU和FIFO，更能适合各种需要大数据量处理的工业环境。

（2） CANBridge智能CAN网桥

标准CAN-bus网络在网络节点数量、通信距离、通信波特率和网络拓扑4个方面都有明确的限制，利用CAN-Bridge智能CAN网桥可以在这4个方面扩展CAN-bus网络的应用范围：成倍延长CAN网络的通信距离；成倍增加CAN网络中的节点数量；连接不同通信波特率的CAN网络；改变CAN网络布线的拓扑结构，使之方便现场布线。