智能家居系统设计与防雷保护研究

论文摘要

随着科学技术的迅猛发展,计算机技术、通信技术、控制技术等各个方面都取得了惊人的成就,人类开始进入数字、网络时代,各种各样的智能化产品开始出现在人们的日常生活中。伴随这个历史大趋势,智能家居近几年迅速崛起,引起人们对家居概念的一个革命性的变化。智能家居系统是一个庞大的系统工程,涉及到计算机技术、网络通信技术、微电子技术、现场总线技术、综合布线等等多种前沿技术,本文以智能家居为研究对象,以电气、控制、信息等相关理论为基础,研究了基于CAN总线技术的智能家居系统的设计与开发,采用SJA1000与AT89S52组成的系统,实现了数据采集、数据处理和控制执行器,并验证了CAN总线在智能家居领域应用的可行性。雷击是本系统潜在的一个重大隐患,因此在弱电系统基础上研究了对CAN总线弱电系统的防雷保护,设计了防雷保护措施,使得系统更加安全。首先分析了智能家居的国内外研究现状,对智能家居的概念、基本功能做了系统的分析,在此基础上提出了本智能家居系统的设计模型;详细分析对比了智能家居行业的各种主流总线协议的优缺点,并选择了CAN总线技术。其次,分析了CAN现场总线的基本概念、架构与CANopen协议的基本架构,并对CAN总线控制芯片SJA1000的结构、功能和参数分配做了详细研究。最后,基于AT89S52、SJA1000完成了收发器的智能节点和控制器的硬件和软件设计。智能节点通过与三表系统和报警系统连接,实现了数据的采集,控制器实现了传输数据和控制的功能,实现了本设计的目标。针对一般电子设备集成度高、工作电压低特点,本文研究分析了雷电的参数,提出了防雷保护的方案,使所设计的系统具有较高的可靠性能。CAN总线技术具有多项技术优势,应用比较简单,开发费用远低于其他总线,因此本文设计的智能家居系统具有开发性价比高等特点。我国中低收入水平者居多,消费者群体巨大,因此本系统有着非常广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 本课题研究背景与意义
• §1-2 智能家居发展的现状和趋势
• 1-2-1 国内外发展现状
• 1-2-2 发展趋势
• §1-3 本课题研究内容
• 第二章 智能家居系统研究
• §2-1 智能家居系统概述
• §2-2 智能家居系统功能
• §2-3 智能家居系统总线技术
• 2-3-1 IGRS 协议
• 2-3-2 LONWORKS 技术
• 2-3-3 HBS 协议
• 2-3-4 CAN 总线
• 2-3-5 PROFIBUS-DP
• 2-3-6 其他协议
• §2-4 本章小结
• 第三章 CAN总线技术研究
• §3-1 CAN 总线概述
• §3-2 CAN 技术规范
• 3-2-1 CAN 基本概念
• 3-2-2 CAN 的分层结构
• §3-3 报文传输
• 3-3-1 帧格式
• 3-3-2 帧类型
• §3-4 错误类型和故障界定
• §3-5 位定时与同步
• 3-5-1 位时间
• 3-5-2 同步
• §3-6 CANopen 协议
• 3-6-1 CAL 协议
• 3-6-2 CANopen 协议
• §3-7 本章小结
• 第四章 系统主控制器研究
• §4-1 SJA1000 芯片
• §4-2 SJA1000 结构与功能
• §4-3 PeliCAN 地址列表
• §4-4 SJA1000 主要寄存器
• §4-5 本章小节
• 第五章 智能家居系统底层设计
• 5.1 系统工作原理以及组成
• 5.2 智能节点设计与实现
• 5.2.1 CAN 总线智能节点
• 5.2.2 智能节点功能实现
• 5.3 智能控制器设计与实现
• 5.3.1 智能控制器硬件设计
• 5.3.2 智能控制器软件设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 CAN总线系统防雷研究
• 6.1 雷闪过电压
• 6.1.1 雷闪放电及雷电参数
• 6.1.2 直接雷击过电压
• 6.1.3 感应过电压
• 6.2 防雷保护设计
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢