基于STM32和CAN总线的楼宇自动化系统设计

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1、自动控制文章编号：1009-9441（2014）05-0027-03基于STM32和CAN总线的楼宇自动化系统设计①1，2221□□李轩青，李聪，黄明键，董鹏伟（1.山西职业技术学院，山西太原030006；2.济南大学自动化与电气工程学院，山东济南250022）摘要：介绍了楼宇自动化的相关概念及系统设计。整栋楼1.1硬件配置宇由于空间的分隔，分为多个独立的区域，而每个相对独立1.1.1STM32系列单片机的性能特点的区域都集合着不同的子系统，如供电、供水、空调、消防、门在高性能单片机中，STM32系

2、列单片机的性能禁系统等，每种系统集合着检测、控制与信息传递等功能，而十分突出。它采用意法半导体公司的ARMCortex-且每个独立区域之间还有紧密的联系。基于成本和性能的M3处理器作为内核，使其性能与普通16位单片机考虑，采用外设丰富的STM32系列单片机进行区域控制，并相比有了质的飞跃，且与其他32位处理器相比，其采用具有实时性的CAN总线连接每个区域，实现了各测控［2］低成本、低功耗的特质又显得尤为突出。以点的多主机控制与信息共享。STM32F107为例，其主要技术特点有：关键词：STM32；楼

3、宇自动化；CAN总线（1）低功耗。它的内核采用130nm专用低泄中图分类号：TU976文献标识码：A漏电流控制工艺，在开启所有外设的状态下消耗电引言流仅为36mA，在可唤醒低功耗模式下降低至可忽略的2μA。随着经济社会的发展，人们对居住和工作环境（2）一流的外设。翻转频率可达到18MHz。5个的要求越来越高，这就使城市的楼宇建设越来越复4MHz/s的UART，3个SPI模块，两路12位的A/D杂，其复杂程度不仅体现在建筑外形上，还体现在楼转换器，两路12位D/A转换器以及1个温度传感宇内的电气控制及

4、自动化程度方面。器。两个CAN2.0B型控制器，具有USB和以太网楼宇自控系统应具有可靠性高、可操作性强、实模块。可满足单个区域的多而复杂的检测及控制要时性好以及性价比高等特点。目前，国内大多数楼求。此外，新型产品还强化了音频性能。结合USB宇的各个系统都分立工作，没有形成总体监控，使楼功能，STM32可以从外部存储器读取、解码和输出［1］宇的监管和维护变得复杂繁琐，且成本高昂。为［3］音频信号。解决此问题，本文研究了一种基于STM32单片机和1.1.2区域控制原理CAN总线的低成本楼宇自动化系统。

5、STM32单片机采用CAN总线把所有的系统联1不同区域内测控点的设计系在一起，在特定的区域可能还会用到其他网络，比如室内智能家用电器通过无线网与户主取得联系，把空间上分立的区域定为一个独立区域，为维还设有其他网络模块。STM32系列单片机的I/O持这个区域内的适宜环境，就不得不涉及多种子系口最高可以达到112个，在设计时留出下载端口，统。如客房区域内的空调系统和照明系统共同工作I/O口预留10%耀20%的冗余设计为可插拔端口，维持室内温度与亮度；再如门厅走廊区域，通过消防可在不影响原功能的前提下快捷

6、地进行二次开发。系统与门禁系统的合作便可隔离火源、抑制火灾等。图1给出了一个独立区域的测控原理图。集合如此多种不同的子系统，分别采用单片机技术1.2独立测控点的测控策略来实现最为合适。而在众多的单片机中，STM32单位于独立区域中的STM32系列的单片机除了片机具有很高的性价比，因此采用该系列单片机作完成本区域内的测控任务外，还兼顾处理CAN总线为各个独立测控点的MCU。上传来的参数信息。由于每个区域内的测控内容不①基金项目：山东省自然科学基金项目（ZR2009GZ005）。建材技术与应用5/201

7、4·27·2.2系统总线的硬件设计CAN总线按信息传播速度可分为高速总线和低速总线。在楼宇系统中，有些信息实时性很强，如漏电信号、火险信号和门禁信号等，所以把这些信号挂接在高速CAN总线上，其余的实时性不是很强的信号可挂接在低速CAN总线上，这样便可将分散在不同区域或同一区域的不同测控点连接起来。图1测控原理图2.2.1CAN总线接口硬件电路同，则每个控制点的基本流程也不尽相同。单片机读写信号线TX和DX经过光电隔离电路后，与CAN总线收发模块PCA82C250相连接，实2总线通信的设计现数据信息的

8、传递，接口电路原理如图2所示。整个楼宇内有很多独立的空间，有的空间内需测控的参数数目众多，而有的区域间信息互联很紧密，因此线束量也很多。还有些区域间虽信息互不紧密但相隔较远，也要进行长距离的布线。此时如采用CAN总线技术，便可大量节省线束使用量。2.1CAN总线简介20世纪70年代后期，汽车行业蓬勃发展，汽车内的电子控制单元越来越多，多点对多点的信息交流使得车内的链接线束急剧增加。为此，德国图2总线接口电路BOSCH公司率先开发出一种多主机的局部网，即2.2.2CAN