CAN總線技術(shù)在樓宇自動(dòng)化中的應(yīng)用

摘 要：在現(xiàn)代智能建筑中，樓宇自動(dòng)化控制起著極其重要的作用，為了實(shí)現(xiàn)建筑的樓宇自動(dòng)化控制，CAN總線技術(shù)應(yīng)用到樓宇自動(dòng)化控制中，CAN總線技術(shù)具有可靠性強(qiáng)、功能擴(kuò)容性好等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本文針對(duì)CAN總線技術(shù)在樓宇自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析介紹。

關(guān)鍵詞：CAN總線技術(shù)；樓宇自動(dòng)化；自動(dòng)化應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 22-0000-01

20世紀(jì)90年代，CAN（Controller Area Network）總線技術(shù)興起，其控制系統(tǒng)作為新一代控制系統(tǒng)成為控制領(lǐng)域的熱門技術(shù)。CAN總線技術(shù)憑借其高可靠性以及較高性能，在工業(yè)的設(shè)備及自動(dòng)化方面以及醫(yī)療設(shè)備等方面被廣泛應(yīng)用。隨著社會(huì)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展，智能大廈所采用的電氣設(shè)備越來(lái)越多，為了對(duì)整個(gè)大廈進(jìn)行全面監(jiān)控，所需的監(jiān)控點(diǎn)高達(dá)成千上萬(wàn)個(gè)，因而對(duì)通信系統(tǒng)的要求較高，同時(shí)大廈的綜合布線也有較高要求。利用CAN總線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)分布式控制系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能大廈的全面監(jiān)控。因此CAN總線技術(shù)在樓宇自動(dòng)化控制中發(fā)揮了重要作用。

一、CAN總線技術(shù)的特點(diǎn)

控制器局域網(wǎng)在系統(tǒng)擴(kuò)展性、適應(yīng)范圍及抗故障能力等多方面明顯優(yōu)于其他控制系統(tǒng)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備等多個(gè)方面。因此CAN技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于各個(gè)不同領(lǐng)域。CAN總線技術(shù)的幾大特點(diǎn)可總結(jié)如下：

（一）CAN總線技術(shù)只需利用較低的搭設(shè)成本，就能實(shí)現(xiàn)較高的網(wǎng)絡(luò)傳輸率。CAN總線技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)控制中時(shí)，不需采用特殊的傳輸介質(zhì)，普通的傳輸介質(zhì)如光纖、同軸電纜和雙絞線等即可滿足要求。直接通信距離為10km以內(nèi)時(shí)，CAN總線技術(shù)能夠達(dá)到的1Mb/s傳輸速率，10km以外的通信距離，CAN總線技術(shù)的傳輸速率只能達(dá)到50kb/s。

（二）CAN總線技術(shù)具有較為靈活的組網(wǎng)通信方式。CAN總線技術(shù)采用的雙線串行通信方式，只需利用兩根導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，如需增加新節(jié)點(diǎn)可直接在總線連接，因此其擴(kuò)展靈活性較高。CAN總線中各節(jié)點(diǎn)的通信較為靈活，傳輸?shù)膱?bào)文信息只需采用標(biāo)識(shí)符表示優(yōu)先級(jí)信息以及指示功能信息等相關(guān)信息，不需包含目標(biāo)地址和源信息等節(jié)點(diǎn)信息內(nèi)容。CAN總線能夠?qū)崿F(xiàn)以廣播形式發(fā)布相關(guān)信息，所采用的各節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)直接通信，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)布信息，因?yàn)樗l(fā)送的報(bào)文信息能夠讓其他節(jié)點(diǎn)接受信息。

（三）CAN總線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、可靠的通信。為了解決總線競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，CAN總線技術(shù)使用非破壞的總線仲裁技術(shù)，利用報(bào)文消息自動(dòng)退讓和優(yōu)先級(jí)的方法解決總線沖突的問(wèn)題。這樣，當(dāng)總線中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)需要同時(shí)發(fā)送消息時(shí)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)的順序決定節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送的先后順序，各節(jié)點(diǎn)完成信息傳送的時(shí)間不會(huì)超過(guò)134μs，這些都表示CAN總線的通信具有實(shí)時(shí)性和可靠性。

二、CAN總線技術(shù)在樓宇自動(dòng)化中的應(yīng)用

（一）樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)組成及工作原理。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)將CAN總線技術(shù)和管理系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，從而使得自動(dòng)控制得以實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)主要組成部分有小區(qū)管理中心、樓道機(jī)和用戶主機(jī)等。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的主要功能又能家庭電器控制、安防分析以及自動(dòng)抄表等。以自動(dòng)抄表為例，抄表工作進(jìn)行是通過(guò)將抄表命令發(fā)送到中心計(jì)算機(jī)，中心控制單位進(jìn)一步將命令發(fā)送到CAN總線上，然后與總線對(duì)應(yīng)的各樓道機(jī)將抄表命令下達(dá)到對(duì)應(yīng)的用戶主機(jī)，從而完成抄表工作。

（二）CAN總線通信的實(shí)現(xiàn)。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的通信單元主要有RS485總線、CAN總線、RS232總線三大單元，為了實(shí)現(xiàn)CAN總線的通信，主要有以下兩點(diǎn)：

1.CAN節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)中一般都由CAN收發(fā)器、CAN控制器和高速光電隔離器通過(guò)單片機(jī)組成所需的各個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)。CAN收發(fā)器在此的主要作用為提高系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力；而在系統(tǒng)通信中，CAN信息發(fā)送和接收的控制主要由CAN控制器實(shí)現(xiàn)；單片機(jī)的功能是信息處理及I/O口控制等。

2.節(jié)點(diǎn)軟件的設(shè)計(jì)。樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)CAN節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括CAN獨(dú)立控制器初始化、CAN信息接收、信息發(fā)送等。其中，CAN獨(dú)立控制器初始化只有在復(fù)位模式下完成初始化設(shè)置才能進(jìn)行正常工作，執(zhí)行通信任務(wù)。啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)程序時(shí)，首先打開(kāi)CAN發(fā)送中斷源，如果緩沖區(qū)是空的，則數(shù)據(jù)是發(fā)送至緩沖區(qū)內(nèi)，然后啟動(dòng)發(fā)送命令進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；而當(dāng)緩沖區(qū)里存有數(shù)據(jù)時(shí)，則信息會(huì)被存儲(chǔ)到臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)設(shè)置暫存的標(biāo)志。數(shù)據(jù)中斷服務(wù)得到確認(rèn)后，清除暫存標(biāo)志同時(shí)將暫存信息發(fā)送到CAN發(fā)送緩沖器中，啟動(dòng)發(fā)送命令完成數(shù)據(jù)發(fā)送。啟動(dòng)接收數(shù)據(jù)程序時(shí)，負(fù)責(zé)接收的程序控制緩沖區(qū)中信息的選擇性接收，可以采用選擇中斷或查詢方式進(jìn)行。采用中斷的方式時(shí)，如果確認(rèn)存在接收中斷，讀取接收緩沖區(qū)內(nèi)的新信息并存檔，然后將信息進(jìn)一步傳送到接收緩沖器，對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理。

（三）基于CAN總線技術(shù)的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)。基于CAN總線技術(shù)的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的方法系統(tǒng)具有三個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。第一點(diǎn)，該系統(tǒng)的防破壞能力明顯強(qiáng)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，因?yàn)樵贑AN總線中，為了防止產(chǎn)生破壞保障各節(jié)點(diǎn)的正常工作，中央控制主機(jī)和控制節(jié)點(diǎn)間具有同時(shí)發(fā)送及回答性信息。第二點(diǎn)，該系統(tǒng)采用兩根線保證節(jié)點(diǎn)正常工作，大大降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的布線成本，同時(shí)也使系統(tǒng)易于擴(kuò)展。第三點(diǎn)，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠用于更為惡劣的工作環(huán)境。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)進(jìn)步，人們生活的不斷提高，對(duì)住宅的要求也越來(lái)越高，為滿足現(xiàn)代住宅設(shè)計(jì)的要求，CAN總線技術(shù)在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中發(fā)揮著重大作用。CAN總線設(shè)計(jì)思想獨(dú)特、性能優(yōu)良和可靠性高，在樓宇自動(dòng)化設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合CAN總線技術(shù)，完美實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫懷義.基于CAN總線技術(shù)的樓宇自動(dòng)化安全監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2001（04）.

[2]馬永.CAN總線技術(shù)在樓宇自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2001（17）.

[3]武金山.基于CAN總線的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2008.