基于CAN總線智能建筑監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議設計

摘要：從研究CAN2．OB總線規(guī)范入手，介紹了CAN總線規(guī)范的硬件基礎，分析了CAN總線報文格式，通過對報文標識符的分配，設計了應用于該系統(tǒng)的通信協(xié)議，并給出了軟件設計流程，較好地解決了智能建筑監(jiān)控系統(tǒng)通信過程中的仲裁問題。
關(guān)鍵詞：智能建筑；CAN總線；通信協(xié)議；標識符

現(xiàn)代智能建筑監(jiān)控系統(tǒng)廣泛采用了現(xiàn)場總線技術(shù)。現(xiàn)場總線的種類目前有40多種，但適合智能建筑且在我國推廣的主要有兩種：CAN(Control Area Network)總線和Lonworks總線。CAN總線技術(shù)以其可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，傳輸距離長和成本低而具有巨大的應用潛力。
控制局域網(wǎng)CAN是現(xiàn)場總線技術(shù)中最成熟、最有發(fā)展前途的微處理器局域網(wǎng)絡。協(xié)議采用總線型拓撲結(jié)構(gòu)，通過研究CAN2．0B協(xié)議規(guī)范，制定了符合智能建筑監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議，并進行了通信節(jié)點軟件的設計。

1 基于CAN總線的智能建筑網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)
CAN總線的智能建筑監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該系統(tǒng)由3部分組成：上位機、CAN通信節(jié)點和各個現(xiàn)場智能設備組成。通信節(jié)點的數(shù)量可根據(jù)建筑物的規(guī)模增減，CAN總線作為通信網(wǎng)絡將各個節(jié)點連接成一個分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)。

(1)上位機：由計算機和監(jiān)控軟件組成，對整個智能建筑監(jiān)控系統(tǒng)的管理和控制，是整個系統(tǒng)的中心。
(2)CAN通信節(jié)點：各通信節(jié)點功能相同，主要完成把現(xiàn)場設備采集到的實時數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上，接收CAN總線發(fā)送來的控制信息。CAN通信節(jié)點的硬件由微處理器、CAN控制器SJAl000、CAN收發(fā)器PCA82C250組成。
(3)現(xiàn)場智能設備：由微處理器、和現(xiàn)場功能裝置等組成。完成檢測、報警、控制、顯示等功能。智能建筑監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場設備由照明、空調(diào)、電梯、安全監(jiān)控、消防監(jiān)控、給排水，配電等組成。

2 CAN總線通信協(xié)議的硬件基礎
CAN總線協(xié)議描述了信息在設備之間的傳遞規(guī)則，它對層的定義與開放系統(tǒng)互連模型OSI一致，CAN被分為應用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層3層，各層之間互相透明，每一層只與另一設備上相同的那一層通訊，實際的通訊是發(fā)生在每一設備上相鄰的兩層之間，而各個設備只通過物理層的通信介質(zhì)連接在一起。
CAN總線規(guī)范定義了模型的最下面的兩層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN總線驅(qū)動器和通信介質(zhì)則實現(xiàn)了物理層的主要功能。CAN總線控制器實現(xiàn)了總線協(xié)議中規(guī)定的數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸任務。常用的CAN總線驅(qū)動器有Philips公司的PCA82C250，總線控制器是SJAl000，通信介質(zhì)是雙絞線或同軸電纜。
2．1 總線驅(qū)動器PCA82C250的工作原理
PCA82C250是CAN總線控制器與物理導線之間的接口，該驅(qū)動器可以提供對總線的差動發(fā)送和接收功能。PCA82C250的驅(qū)動部分由1個PNP的極管和1個NPN的三極管組成。這2個三極管根據(jù)TXD的信號導通或截止。當TXD=0時，2個三極管處于導通狀態(tài)時，總線上顯示為顯性電平。當TXD=1時，2個三極管處于截止狀態(tài)，總線上顯示為隱性電平，此時驅(qū)動器對總線的影響很小。因此，如果存在其他節(jié)點發(fā)送顯性電平，則總線的電平狀態(tài)就是顯性，只有所有的驅(qū)動器都發(fā)送隱性電平，總線的電平狀態(tài)才是隱性。實現(xiàn)了CAN總線物理層的線與功能。PCA82C250功能圖，如圖2所示。