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基于CAN总线的道路照明控制系统设计与实现
摘要
道路照明是城市基础设施中不可或缺的一部分，其能够增强夜间的道路安全性和能见度。然而，传统的道路照明控制方法存在某些不足之处，例如无法应对天气变化和交通情况等。因此，本文基于CAN总线技术设计了一种新的道路照明控制系统，实现了对灯光亮度的智能调节。同时，在测试中通过对比传统方法和CAN总线控制方法的效果，验证了本系统的优越性和实用性。
关键词：道路照明；CAN总线；智能调节；控制系统
一、引言
随着城市化进程的加快，城市道路照明系统的重要性日益凸显。道路照明不仅能够提供光线支撑，增强道路的能见度和交通安全性，更能够美化城市夜景，促进城市的形象建设。传统的道路照明方法多为固定亮度，无法达到根据天气和路况变化而自适应调光的效果。因此，设计一种智能调节灯光亮度的道路照明控制系统，有着较为重要的实际意义。
CAN（ControllerAreaNetwork）总线是现今工业通讯领域中最为流行的一种数据通信方式，比如在汽车领域、工程机械控制系统、智能家居、欧洲火车信号系统中都有广泛的应用。CAN总线通讯技术具有通信速率高、抗干扰能力强、通信距离远、传输可靠等优点。因此，本文将以CAN总线为通讯手段，结合基于51单片机的道路照明控制系统，实现对灯光亮度的智能调节。
二、系统设计
本文的道路照明控制系统主要分为控制端和执行端两个部分，具体如下：
2.1控制端
控制端使用基于51单片机的控制板，负责对道路照明灯的亮度进行调节。控制板的主要模块包括：
（1）单片机模块
使用STC89C52单片机作为主控制器，该单片机具有丰富的GPIO和UART接口，方便与其他电子元件进行通信和操作。
（2）CAN总线通讯模块
使用MCP2515/SPI总线控制器和MCP2551传输器搭配实现CAN通讯功能。MCP2515/SPI总线控制器支持多种CAN总线工作模式，如正常模式、环回模式、静默模式等，同时也支持多种SPI通讯模式。MCP2551传输器负责将CAN信号转换成TTL电平的信号进行传输。
（3）感应器模块
使用光敏电阻作为感应器，该电阻可以感应外界环境的光强度，并将其转换成电信号输出。
（4）LED灯驱动模块
本系统使用PWM技术控制LED的亮度。PWM技术可通过对灯光通电时间间隔的调节，控制灯光的平均亮度。PWM调光为LED灯的常用调光方式，不仅可以实现高精度的亮度调节，还可以有效延长LED的寿命。
（5）电源模块
使用交流-直流变压器将220V的交流电转换成12V直流电，为控制板和LED灯提供电源支持。
2.2执行端
执行端包括LED灯和感应器，负责根据控制端信号控制LED灯的亮度。其中，感应器能够感应到周围环境的光照强度，并将其转化成电信号输入到控制板中，控制板再根据光照强度与预先设定的亮度值进行比较，以此来控制LED灯的亮度。
三、通信协议设计
本系统采用CAN总线作为通讯方式，可以实现控制端与多个执行端之间的通信。本文中我们设定控制端为主控端，执行端为从控制端。主控制端每隔一段时间就向从控制端发送亮度值，从控制端接收到亮度值后，将其与周围环境光照强度进行比较，通过LED灯的PWM调光技术实现智能调节亮度的目的。通讯协议如图1所示。
图1：CAN总线通讯协议
四、测试与结果分析
为了验证本系统的性能，本文设置了两种测试方案：一种为传统的控制方案，即在道路中设置固定的灯光亮度；另一种为基于CAN总线的智能调节方案，通过低光敏电阻模拟环境光照变化，仿真出环境中的光照强度变化，最后将其与固定亮度进行对比分析。测试结果如图2所示。
（a）传统方法的测试结果
（b）基于CAN总线的智能调节方法的测试结果
图2：测试结果
从测试结果可以看出，使用基于CAN总线的智能调节方案，可以最大限度地仿真出周围环境中的光照强度变化，并且实现了对灯光亮度的智能调节。相较于传统的固定亮度方法，基于CAN总线通讯技术的智能调节方法更为智能、灵活、准确。
五、结论
本文针对目前道路照明亮度单调、缺乏智能调节等问题，设计了基于CAN总线的道路照明控制系统，实现了对灯光亮度的智能调节，增强了夜间道路安全性和交通可见性。相较于传统方案，本系统具有智能性、灵活性、准确性好的优点。通过对比分析测试结果，表明本系统具有良好的实用性和可行性。
参考文献：
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