基于CAN总线的智能照明控制系统软件设计方案文档格式.docx

基于CAN总线的智能照明控制系统软件设计方案文档格式.docx

《基于CAN总线的智能照明控制系统软件设计方案文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于CAN总线的智能照明控制系统软件设计方案文档格式.docx（38页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

经过仔细思考后将从节点软件划分为六大模块，它们分别为：

系统初始化模块、CAN协议模块、照明控制信号数据处理模块、键盘扫描及处理模块、照明灯定时控制模块以及LCD液晶显示模块。

从节点软件结构如图1.2所示：

图1.2从节点软件结构

1.2系统程序模块设计

1.2.1主节点程序模块设计

由图1.1可知，主节点系统程序主要由七大模块构成，它们分别是：

然而，节点主程序是这些程序模块的调用者，是实现主节点功能的途径，所以其他程序模块的设计，目的都是为了服务于主程序，以实现主节点监控从节点灯设备的功能。

如图1.3所示是主节点的主程序流程图。

首先，初始化主节点硬件设备如：

TFT彩屏、SD卡、CAN控制器、中断系统等，接着显示监控界面1，然后进入一个无限的工作循环。

在工作循环中，处理如下工作，先判断当前模式是不是进入了灯设置模式，如果是则停止向从节点发送数据请求帧。

若不处在灯设置模式，则依次向各个从节点发送数据请求帧，请求从节点返回其灯数据。

接着，判断是否有触摸按键按下，若有则作出相应的按键处理并刷新显示，最后检测主节点的运行、通信状况和对从节点是否离线的检测。

这样主节点就处理完成所有的从设备监测、设置、离线检测、运行指示、通信指示等主要功能。

图1.3主节点主程序流程图

1.2.1.1初始化模块程序设计

在主节点软件结构中，系统初始化程序是系统能够正常工作的基础，是系统在进入工作循环时首先执行的一段代码。

通过系统初始化将主节点硬件设备设置成一个确定的状态，以等待后备的使用。

其系统初始化模块主要包括5大部分：

TFT液晶初始化、UART0初始化、CAN1初始化、SD卡初始化、触摸屏中断初始化。

（1）TFT液晶初始化：

首先，将TFT液晶接口管脚配置好，由于液晶接口的数据线和控制线都是采用LPC2119控制器的GPIO口模拟的，故要将其数据线DATA0-DATA15、数据/命令线（LCD_RS）,读/写控制线（LCD_RD/LCD_RW）,使能控制线（LCD_CS）管脚配置为输出口。

触摸屏SPI通信接口也采用IO口模拟操作，将与触摸屏控制器片选线T_CS、数据输出线T_MOSI、串行时钟信号线T_CLK相连的GPIO口设置为输出口。

与数据输入线MISO相连的IO口设置为输入，并初始化触摸屏中断系统。

紧接着开启彩屏内部时钟，配置彩屏电源，然后伽马校正并设置，最后开显示并清屏。

具体的TFT液晶初始化程序流程图如图1.4所示。

（2）UART0初始化：

先通过配置管脚连接寄存器，使LPC2119的P0.0、P0.1管脚连接到串口0模块。

再设置串口的帧结构，设置为8bit每帧，采用奇校验方式，接着设置串口波特率为115200bps.具体串口初始化流程图如图1.5所示。

（3）CAN控制器初始化：

首先，配置CAN1管脚功能，设置进入CAN控制器的复位模式，设置告警上限值为0x60，设置通信波特率为约400Kbps，允许CAN接收中断，并禁止验收滤波器，接着恢复到正常工作模式，最后初始化CAN接收中断。

具体CAN1控制器初始化流程图如图1.6所示。

图1.4TFT液晶初始化图1.5UART0初始化图1.6CAN1控制器初始化

（4）SD卡初始化：

首先，配置SD管脚功能，将SD卡片选信号置高，连续发送至少74个时钟，将片选拉低（CS=0）,发送复位命令CM0，使SD进入SPI操作模式。

确定SD卡正确响应后，发送激活SD卡初始化程序的命令CM1，到此则初始化SD卡完毕。

具体SD卡初始化程序流程图如图1.7所示。

（5）触摸屏中断初始化：

首先，设置LPC2119的P0.3为外部中断INT0，设置外部中断0（触摸屏中断）为IRQ中断，设置IRQ中断号、激活，设置外部中断INT0为下降沿触发，清零中断标志位并使能中断。

具体触摸屏中断初始化程序流程图如图1.8所示。

图1.7SD卡初始化程序图1.8触摸屏中断程序

1.2.1.2CAN协议模块设计

CAN协议模块是本设计的主要内容，也是设计中的重要内容。

CAN协议程序模块设计的好坏对整个系统能否继续进行起着决定性作用。

是关系到整个照明控制系统生死攸关的问题，是能否使系统健壮，通信可靠的关键。

设计中，将CAN协议模块分成CAN驱动程序模块和CAN协议数据格式模块。

下面我将分别详细介绍这两个部分。

（1）CAN协议数据格式：

主要采用源／目的协议模式以一定的格式来对所要处理的数据进行填充和解释，然后发送给各个从节点。

在CAN接收环节中CAN节点通过验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器，采用双滤波方式确定该数据是否是本节点的数据或广播数据，从而对数据进行选择接收或丢弃，并将CAN接收缓冲区内的数据依照先前制定的协议规则进行解译接收。

下面首先介绍主从节点在应用层上共同的CAN协议规则。

本系统采用的是CAN2.0B协议，该协议支持11位ID同时也支持29位ID，目的在于兼容CAN2.0A协议。

而在本次运用中，由于系统规模还算比较小，我们采有11ID标识符已经能够满足设计上的要求。

故，在本设计中采用的是标准帧格式（即11ID标识符的帧格式）。

其帧结构如图1.9所示。

图1.9CAN总线帧结构

11位ID分成三个域：

源节点号、目的节点号、数据类型。

其中，源节点号是发送者节点号，目的节点号是接收者的节点号或者是广播ID=0xF，数据类型分为5种，

强制型灯设置数据，在强制开关灯模式下使用，发送的数据全是灯状态，不含有灯时间字节，一帧数据中携带有多个灯设备的开关信号。

常规型灯设置数据，在常规设置模式下，每帧灯设置数据只包含一个从设备灯的控制信息，包括开关灯时间及开关状态信息。

确认信号，确认信号帧不带灯数据段，数据长度DLC=0x0，用于同步启动整个系统的灯设备。

数据请求帧，表示本帧数据是请求数据帧，也是没有灯数据段的，用于主节点向从节点请求灯数据。

灯状态数据帧，包含着一个从设备灯的剩余时间和开关信息。

RTR位是用于区别该帧是数据帧（RTR=0）还是远程帧（RTR=1）。

DLC为数据长度码，用于表明数据域中含有的字节数。

后面的灯设备状态数据含有5个字节，分别为时间和灯设备状态。

灯设备状态有三种：

开灯、关灯和离线。

当开关状态字节为0表示节点关灯，1表示节点开灯，2表示节点离线。

数据类型与ID20-ID18值的对照表如表格4-1.

表4-1数据类型对照表

ID20-ID18

帧类型

000

强制型灯设置数据

001

常规型灯设置数据

010

确认信号帧

011

数据请求帧

101

灯状态数据帧

CAN协议数据格式实现主要由两个函数实现，分别为数据打包函数和数据解包函数。

数据打包是将用户的数据，按照上述CAN协议数据规则，组装成数据帧发送出去。

解包程序则相反，是将CAN接收缓冲区中的数据，按照CAN协议数据规则解压理解，并产生照明控制信号，控制照明设备。

CAN数据打包程序流程图如图1.10所示。

图1.10CAN协议数据格式打包函数

CAN数据解包函数主要是将发送过来的数据按照CAN协议数据格式解析并接收。

在主节点的数据解包中，由于在本设计中，从节点发送给主节点的数据只有一种即常规型灯数据，故在接收到数据后只要判断是不是该类数据即可。

所以，它与数据打包函数并不完全对称，现给出CAN数据解包函数流程图如图1.11所示。

图1.11CAN数据解包程序流程图

（2）CAN驱动程序模块：

对CAN数据的发送和接收处理。

对于主节点，发送信息有三种：

发送主节点设置信息。

发送确定启动信号。

发送数据请求帧。

在主节点发送设置信息和确定信号后，接着发送数据请求帧，以请求从节点灯数据。

从节点在接收到设置信息和确定信号后，按照CAN协议数据格式规则解译，产生灯控制信号，并启动定时器，开始控制从设备照明灯。

CAN驱动程序模块主要包括帧发送函数与帧接收函数。

在帧发送函数中，首先根据用户的入口参数（目的节点号/广播ID、数据类型等），调用数据打包函数，按照用户的要求，组装成CAN数据帧，并启动发送。

而在帧接收函数中，先调用数据解包函数，提取源节点号、目的节点号、数据类型等，再根据数据类型提取数据段数据，最后释放CAN接收缓冲区，并标识接收完毕。

CAN帧发送程序流程图和CAN帧接收程序流程图分别如图1.12和图1.13所示。

图1.12CAN帧发送程序流程图图1.13CAN帧接收程序流程图

1.2.1.3TFT液晶显示模块设计

TFT液晶设备是一个输出设备，是用户与系统进行交流沟通的桥梁。

而TFT液晶显示模块是实现人机接口界面，实现人机交流沟通功能的基础。

因此，良好的TFT液晶显示模块，是实现友好人机界面的关键。

设计中将TFT液晶显示模块划分为两层：

TFT液晶驱动程序层和TFT液晶应用程序层。

驱动层是最底层的程序，是直接与TFT硬件打交道的程序，需要对其硬件接口及操作时序有深刻的理解。

所有的应用层函数都是基于该驱动层函数实现的。

TFT驱动层函数包括：

TFT初始化函数、写字节数据函数、写字节命令函数、TFT读字节函数。

下面分别讲解驱动程序函数的实现，TFT初始化函数已经在系统初始化模块中做过论述，在此就不再重复讲解了。

写字节数据函数：

打开TFT片选（LCD_CS=0），将数据/命令端口RS置高电平，以通知液晶控制器，发送的是普通数据而不是命令数据，接着给数据总线填入要写入的数据，TFT写控制端WR先拉低再拉高，形成一个上升沿，一个上升沿后数据就写入TFT液晶了，最后再关掉片选。

写字节命令函数：

打开片选，将数据/命令端口RS置低电平，以通知液晶控制器，发送的是命令数据而不是普通数据，接着给数据总线填入要写入的数据，TFT写控制端WR先拉低再拉高，形成一个上升沿，一个上升沿后数据就写入TFT液晶了，最后再关掉片选。

TFT读字节函数：

打开片选，写入要读的RAM地址，设置数据总线为输入口，设置数据/命令选择线为高电平，以说明读的是数据，接着将读控制线RD先拉低再拉高，形成一个上升沿，一个上升沿后数据就从TFT液晶输出到总线了，然后从总线上读取数据并存于变量中，最后关闭片选。

TFT驱动程序的各函数流程图如图1.14、图1.15、图1.16所示。

图1.14TFT写数据字节图1.15TFT写命令字节图1.16TFT读字节数据

应用层是基于驱动层而设计的，其主要功能是利用驱动层函数实现各种图形对象的绘制，为实现友好的人机界面做好铺垫。

其中，TFT应用层函数包括：

画点函数、画线函数、画矩形函数、画圆函数、填充矩形函数、填充圆函数、清屏函数、图片显示函数…;

灯控件显示函数、总线对象绘制函数、按键控件绘制函数、软键盘绘制函数…;

监控界面1绘制函数、监控界面2绘制函数、设置界面3绘制函数…。

由于函数太多下面只抽取几个给予讲解并分别给出各个程序流程图。

画点函数，画点函数是所以其他应用层函数的基础，其程序流程图如图1.17所示。

画线函数，画线函数也是为更高层运用而设计的，如为绘制矩形、填充矩形、绘制控键等使用。

其程序流程图如图1.18所示。

图1.17画点函数图1.18画线函数

矩形绘制函数是绘制方形触摸屏按键的主要函数之一，设矩形绘制函数入口参数为两个对角定点（x1,y1）、（x2、y2）和矩形边框颜色color,则只需用color颜色绘制四条直线即可。

其程序流程图如图1.19所示。

触摸屏按键绘制函数，首先根据用户提供的入口参数：

控件背光部分颜色、控件躯体颜色、控件向光部分颜色、控件大小、控件位置、写入控件文字字模的指针、控件状态（按下/弹起）等，判断按键是按下还是弹起状态。

若是按下状态则绘制按下状态的控件，否则绘制弹起状态的控件。

控件绘制函数流程图如图1.20所示。

图1.19矩形绘制函数图1.20触摸屏按键绘制函数

1.2.1.4触摸屏模块程序设计

触摸屏模块主要包括触摸屏驱动层的A/D转换、识键等程序和应用层的触屏按键扫描程序。

触摸屏控制器采用的是具有12位A/D转换器的触摸屏芯片XPT2046，该芯片采用的是SPI串行通信总线。

我们采用SPI操作方式对该触屏控制器进行操作，以转化触摸点的电压。

在这里只介绍驱动层的读取A/D函数和应用层的按键扫描函数。

读取XPT2046的A/D转换电压的流程如下，先选中XPT2046芯片，向其发送A/D转换命令，等待1ms,然后读取A/D转换值并提取低12位，最后释放片选返回A/D值。

其流程图如图1.21所示。

应用层的键盘扫描函数，主要用于用户与系统的交流，用于设置从设备的灯状态和监测灯设备。

触摸屏按键扫描程序流程图如图1.22所示。

图1.21读XPT2046的A/D值图1.22触摸屏键盘扫描程序

1.2.1.5SD驱动模块设计

在本设计中SD卡采用SPI总线操作模式进行操作。

总线分别为SPI串行时钟线SD_CLK、SPI数据输出线SD_MISO、SPI数据输入线SD_MOSI.先使SD卡进入SPI总线操作模式，再对SD进行读写操作。

在SD卡驱动程序当中，最核心的是SD初始化化函数、SD卡读字节函数和SD卡写字节函数。

SD初始化程序在系统初始化中已经介绍过了，在这里就不再介绍了，在这里只介绍SD的另外两个最基础的函数：

SD卡读字节函数、SD卡写字节函数。

SD卡读字节函数：

串行时钟线SD_CLK先拉低再拉高，则在SD_CLK线上产生1个上升沿，则SD卡中的1位数据流出到输出线SD_MISO上，然后读取该位数据后左移1位，再在SD_CLK线上重新产生上升沿，读取下一位数据，直到读完一个字节。

其程序流程图如图1.23所示。

SD卡写字节函数：

串行时钟线SD_CLK拉低，将要写入的字节的最高位取出，放在数据线SD_MOSI上，然后串行时钟SD_CLK拉高，数据的1位则进入SD卡了，接着要写的数据左移1位，在重复写第二位，依次循环执行8次，将整个字节写入SD卡。

SD卡写字节函数程序流程图如图1.24所示。

1.23SD卡读字节程序图1.24SD卡写字节程序

1.2.1.6串口驱动模块设计

在本设计中，串口驱动模块程序主要是用于程序的调试使用。

串口驱动程序包括：

串口初始化函数、串口字节发送函数、串口字符串发送函数。

串口初始化函数在系统初始化模块中已经介绍过，在此不再重复介绍。

下面介绍串口字节发送函数和串口字符串发送函数。

UART0字节发送函数非常简单，首先将要发送的字节填充入串口发送缓冲区U0THR中,然后请求并等待发送完毕。

UART0字符串发送函数，利用字符指针变量读取1存储单元的字节，并调用串口字节发送，然后指针变量值自加1，指向下一个存储单元，再发送指针变量指向的字节，直到指针变量指向的字节为‘\0’为止。

串口字节发送函数及串口字符串发送函数程序流程图如图1.25和图1.26所示。

图1.25串口字节发送程序图1.26串口字符串发送程序

1.2.1.7蜂鸣器驱动模块设计

蜂鸣器电路由S8550三极管、蜂鸣器、电阻组成。

三极管主要是用作电子开关，用于控制蜂鸣器是否有电流流过。

S8550三极管（PNP）基极通过一个2K的限流电阻连接到LPC2119处理器的P0.2口。

当处理器P0.2输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器有电流流过，蜂鸣器蜂鸣。

当处理器P0.2口输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器无电流流过，停止蜂鸣。

蜂鸣驱动程序就是通过给P0.2置高低电平而控制蜂鸣器发声与停止发声的。

蜂鸣器按键发声程序流程图如图1.27所示。

图1.27蜂鸣器按键发声程序

1.2.2从节点程序模块设计

由图1.2可知，从节点系统程序主要包括六大模块：

这些模块是实现从节点照明灯控制功能的主要“砖瓦”，然而，必须利用某种行为将这些“砖瓦”砌起来，而主程序就是产生这种行为的程序。

下面将重点介绍从节点主程序，让我们更理解从节点软件的运行框架。

如图1.28所示是从节点的主程序流程图。

首先，进行系统初始化。

其主要工作是初始化中断系统、初始化SJA1000CAN控制器、初始化液晶模块。

为后面系统运行时的CAN总线通信、液晶的显示和中断的响应做好准备。

接着，主程序进入1个工作循环，在工作循环里先进行键盘扫描，然后判断CAN接收标志Re_Flag=1否，如果Re_Flag为1，则说明CAN接收到数据，并进行数据处理和显示刷新并清零CAN接收标志Re_Flag。

如果Re_Flag为0则直接重新进行下一次工作循环。

图1.28从节点主程序流程图

1.2.2.1初始化程序模块设计

初始化程序模块由中断系统初始化、SJA1000CAN控制器初始化和液晶初始化组成。

中断系统初始化程序由CAN总线接收中断初始化、外部中断0（按键中断）初始化、定时器T0中断初始化组成。

CAN接收中断和按键中断利用的是外部中断，采用的是低电平触发中断，定时器中断初始化为定时方式2，即采用的定时器是16位的，设置初值，使每50ms产生一次中断，每产生20次中断，则定时1s.通过该定时器可以实现照明设备的定时控制。

从节点系统初始化程序流程图和中断系统初始化流程图分别如图1.29和图1.30所示。

图1.29从节点系统初始化流程图图1.30从节点中断系统初始化流程图

SJA1000初始化程序操作流程如下，首先设置模式寄存器MODE进入复位模式，因为很多寄存器是必须在复位模式下才能操作。

进入复位模式后设置验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器，设置通信波特率为约400Kbps,选择双滤波验收方式，最后回到工作模式。

LCD初始化函数，选择LCD为8位位流方式，关闭显示然后清屏，设置光标移动方式为右移，不显示光标、不反白，然后开显示并显示初始界面。

从节点SAJ1000CAN控制器初始化和LCD液晶初始化程序流程图分别如图1.31和图1.32所示。

图1.31SJA1000的初始化流程图图1.32LCD初始化程序流程图

1.2.2.2CAN协议模块设计

CAN协议模块主要包括CAN应用层程序模块和CAN驱动层程序模块。

CAN应用层协议在主节点CAN协议模块设计中已经详细介绍过。

如需了解请查阅主节点软件设计中CAN模块设计部分内容，在这里不再重复讲解CAN应用层协议内容。

下面主要讲解CAN驱动层程序，CAN驱动层程序与主节点类似，包括CAN帧发送程序和CAN帧接收程序。

由于在本设计中从节点发送给主节点的数据类型只一种，即常规的灯数据。

故，CAN帧发送程序得到了简化，首先将CAN帧设置为标准数据帧，数据字节长度为5字节。

然后将照明灯的剩余时间和灯状态填入CAN发送缓冲区，最后请求发送。

从节点CAN总线帧发送程序流程图如图1.33所示。

CAN总线帧接收程序采用外部INT1中断服务程序进行接收，当CAN控制器接收到CAN数据后，产生中断，中断信号由SJA1000的中断引脚输出，通过触发单片机的外部中断，从而通知单片机向CAN控制器SJA1000提取CAN数据。

CAN接收中断服务程序如图1.34所示。

图1.33CAN帧发送程序流程图图3.34CAN帧接收程序流程图

1.2.2.3照明信号数据处理模块设计

照明信号数据处理模块主要是根据主节点发送过来的灯设置信息，决定何种情况打开还是关闭照明设备开关，并根据情况决定是否需要开启定时器，以及是否需要刷新显示等。

在从节点接收到灯设置信息和确定信息后，开始调用数据处理函数，首先关闭定时器，重新赋值初值和清零相关计数变量，接着根据开关状态变量刷新显示，然后判断是开灯还是关灯，再做相应的动作和启动定时器。

具体程序流程图如图3.35所示。

图1.35照明信号数据处理程序流程图

1.2.2.4键盘扫描及处理模块设计

键盘扫描及处理模块主要用于实现人机交互，用于设置本从节点灯设备的开关灯情况。

键盘是1个输入设备，其软件驱动方法主要是通过检查按键是否按下，当按键按下时，该管脚将与地线GND相连为低电平，否则为高电平。

处理器就是通过检测该引脚的高低电平来判断按键是否按下的。

键盘扫描及处理模块程序流程如下：

首先，判断循环选择键Key1是否按下,若按下则停止定时器，禁止CAN接收中断，循环键按下次数变量Key1num++，并在特定位置显示闪烁光标，然后等待按键Key1num松开。

接着判断加1键Key2按下否，若按下则将对应的变量加1，并刷新显示。

接着判断减1按键按下否，按下则将对应变量减1，并刷新显示。

键盘扫描及处理模块程序流程图如图1.36所示。

图1.36键盘扫描及处理程序流程图

1.2.2.5照明灯定时控制模块设计

照明灯定时控制主要是通过单片机定时器T0进行定时控制的。

由于每50ms产生一次定时中断，通过Count记录中断次数,当中断次数达到20次时，表示计时1s，Count清零，Secound变量自加1，当Scound计数值达到60时，表示计数达到1分钟，则照明灯数据中的时间将减少一分钟并刷新显示，当照明灯的时间中的分个位减少到0后，分十位则减1，分个位变为9并刷新显示。

依次进行下去……就可以实现时间上分和时的定时。

当在运行中途被重新设置了灯的时间，则将要清除各个计数器。

照明灯定时控制程序流程图如图1.37.

图1.37照明灯定时控制模块流程图

1.2.2.6液晶显示模块设计

在智能照明控制系统当中，照明设备不仅要求在监控室里能够设定其开关情况，也要求在照明灯现场能够设定本节点的照明灯情况。

这样子，当我们在现场时就无需跑到控制室里开了灯再返回现场上班工作了。

我们就可以在现场直接开灯，然后就可以上班工作了，这样工作效率得到了