現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-bus和PC在現(xiàn)代化的智能樓宇小區(qū)安防中的應(yīng)用

前言
　　
　　隨著社會(huì)生活方式的不斷變化，科技的不斷進(jìn)步，人們要求更加人性化、智能化的生活條件。不用事必躬親，盡可能地讓智能系統(tǒng)代替手工方式，來(lái)進(jìn)行有效的管理和執(zhí)行。當(dāng)前越來(lái)越復(fù)雜的交通狀況，如行路難、停車(chē)難等問(wèn)題大大降低了城市的工作和生活效率，迫使我們尋找一個(gè)能夠方便解決問(wèn)題的辦法。

　　智能化的停車(chē)場(chǎng)便在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生了。智能停車(chē)場(chǎng)的產(chǎn)生不但規(guī)范了城市交通管理和車(chē)輛管理水平，擴(kuò)充了城市的容量，在安全防范方面也有巨大的保障，同時(shí)還能方便的和其他智能系統(tǒng)接口（如智能大廈、智能小區(qū)等），組成更完善的物流及設(shè)備管理系統(tǒng)。

智能停車(chē)場(chǎng)通訊現(xiàn)狀
　　
　　目前停車(chē)場(chǎng)的智能化程度不一，管理也缺乏有序性，設(shè)施之間也通用性也較差，造成系統(tǒng)集成商和用戶的設(shè)備選型品種較少，實(shí)現(xiàn)的功能不全，系統(tǒng)特點(diǎn)不鮮明等不足。

　　按智能停車(chē)場(chǎng)的通訊方式分析，早期的一部分廠商采用了串行的RS-485總線或RS-232總線作為設(shè)備之間的通訊方式；同時(shí)，有一部分先進(jìn)的廠商已經(jīng)采用了CAN-bus總線或以太網(wǎng)EtherNet作為網(wǎng)絡(luò)通訊方式。

　　采用RS-232方式通訊的停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)有非常大的局限性，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作，中央處理器的負(fù)擔(dān)較大，不便于系統(tǒng)擴(kuò)充，可通訊距離非常短，不適于遠(yuǎn)程操作；而且，系統(tǒng)成本較高。采用RS-485總線的系統(tǒng)在整體性能上好于RS-232的系統(tǒng)，因其是總線形式，方便擴(kuò)充，但是隨著停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)智能化程度要求越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)，總線的節(jié)點(diǎn)越來(lái)越多的情況下，RS-485的總線效率低、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性差、通訊的可靠性低、后期維護(hù)成本高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點(diǎn)少、應(yīng)用不靈活等不足和缺陷逐漸體現(xiàn)出來(lái)；智能停車(chē)場(chǎng)的系統(tǒng)擴(kuò)展也受到RS-485本身的制約，越來(lái)越不能適應(yīng)大中型智能停車(chē)場(chǎng)的控制需要。

　　先進(jìn)的的CAN-bus總線通訊系統(tǒng)是智能停車(chē)場(chǎng)的主流發(fā)展方向。使用這種工業(yè)級(jí)的通訊方式，可以保證通訊數(shù)據(jù)的可靠性、實(shí)時(shí)性；并且，實(shí)際建設(shè)中，CAN-bus總線成本和RS-485方式成本大體相當(dāng)，甚至，在較大型的停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)中，CAN總線的整體成本還略低于RS-485系統(tǒng)。由于CAN總線容錯(cuò)性能好，可以大大降低后期的維護(hù)、維修、擴(kuò)充成本。但是，目前的智能停車(chē)場(chǎng)多數(shù)采用了CAN-bus總線和RS-232、RS-485通訊混合使用的方式，在一定程度上會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不平衡，限制了CAN-bus總線發(fā)揮最大限度的性能優(yōu)勢(shì)。

　　下面將以CAN-bus總線組建的停車(chē)場(chǎng)收費(fèi)和管理系統(tǒng)為例，介紹一整套的智能停車(chē)場(chǎng)改進(jìn)方案，從而體現(xiàn)出CAN-bus總線的整體優(yōu)勢(shì)。

智能停車(chē)場(chǎng)CAN-bus方案

　　1: CAN-bus簡(jiǎn)介
　　
　　CAN（Controller Area Network）總線最早由德國(guó)BOSCH公司提出，主要用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)量與控制中心之間的數(shù)據(jù)通信。由于其良好的性能，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域當(dāng)中，如工業(yè)自動(dòng)化、汽車(chē)電子、樓宇建筑、電梯網(wǎng)絡(luò)、電力通訊和安防消防等諸多領(lǐng)域，并取逐漸成為這些行業(yè)的主要通訊手段。

現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-bus的特點(diǎn)：

　　1、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線，傳輸可靠，實(shí)時(shí)性高；

　　2、傳輸距離遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)10KM），傳輸速率快（最高1Mbps）；

　　3、單條總線最多可接110個(gè)節(jié)點(diǎn)，并可方便的擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)數(shù)；

　　3、總線上各節(jié)點(diǎn)的地位平等，不分主從，突發(fā)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸；

　　4、非破壞總線仲裁技術(shù)，可多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)數(shù)據(jù)，總線利用率高；

　　5、出錯(cuò)的CAN節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并切斷和總線的聯(lián)系，不影響總線的通訊；

　　6、報(bào)文為短幀結(jié)構(gòu)并有硬件CRC校驗(yàn)，受干擾概率小，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；

　　7、對(duì)未成功發(fā)送的報(bào)文，硬件有自動(dòng)發(fā)功能，傳輸可靠性很高；

　　8、具有硬件地址濾波功能，可簡(jiǎn)化軟件的協(xié)議編制；

　　9、通訊介質(zhì)可用普通的雙絞線、同軸電纜或光纖等；

　　10、CAN-bus總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比極高。

　　2：總體介紹

　　通訊方案涉及了停車(chē)場(chǎng)的幾乎所有的控制功能，包括進(jìn)出口控制、遠(yuǎn)程控制、車(chē)場(chǎng)導(dǎo)向、車(chē)場(chǎng)車(chē)位自動(dòng)檢測(cè)、車(chē)場(chǎng)智能燈光控制。方案中不包含音頻、視頻的傳輸，因?yàn)橐纛l、視頻的傳輸一般是與控制總線分開(kāi)的。

　　整個(gè)系統(tǒng)中，通訊主干線僅為一條雙絞線，各個(gè)通訊終端的控制器直接連接到總線上；并且，各個(gè)控制器在網(wǎng)絡(luò)中的地位可以是平等的，就是說(shuō)沒(méi)有“主機(jī)”和“從機(jī)”的概念，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸，避免了采用RS-485的主機(jī)輪詢方式，從而保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。在CAN-bus總線上，既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)-點(diǎn)之間的通訊，也可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)廣播方式的通訊，實(shí)時(shí)性和靈活性都可以得到良好的保證。

　　例如，車(chē)位探測(cè)器可以根據(jù)車(chē)場(chǎng)內(nèi)車(chē)的進(jìn)出變化，直接傳輸空位數(shù)量到車(chē)位顯示器顯示出來(lái)；而不必先傳輸?shù)焦芾頇C(jī)上，再由管理機(jī)傳到車(chē)位顯示器。當(dāng)然管理機(jī)也可以接收到該信息，用于數(shù)據(jù)庫(kù)記錄。

　　智能停車(chē)場(chǎng)的通訊距離受CAN-bus總線的波特率制約；在20Kbps通訊速率時(shí)，可以在達(dá)到3KM的通訊距離(使用同一條雙絞線)，能夠滿足絕大部分需求。

　　本方案中，按照位置的不同，將停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：車(chē)輛的進(jìn)出口控制、車(chē)場(chǎng)內(nèi)部控制。

　　3：車(chē)輛的進(jìn)出口控制
　　
　　車(chē)輛的進(jìn)出口控制部分主要功能是車(chē)輛進(jìn)出的管理、收費(fèi)、出票和顯示等。系統(tǒng)的布線結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　
　　系統(tǒng)中的CAN-bus網(wǎng)絡(luò)采用直線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各設(shè)備節(jié)點(diǎn)通過(guò)支線連接在CAN-bus主線上。在車(chē)場(chǎng)入口處，當(dāng)?shù)馗袡z測(cè)到有車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，入口控制器向計(jì)算機(jī)管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)，請(qǐng)求啟動(dòng)整個(gè)管理系統(tǒng)（此前系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，以節(jié)約能源），使系統(tǒng)立即進(jìn)入工作模式。入口控制器通過(guò)射頻或GPRS方式讀取車(chē)輛的電子卡信息，并通過(guò)CAN-bus總線傳到管理計(jì)算機(jī)上，并與攝像機(jī)取得的車(chē)輛信息（車(chē)型、車(chē)牌等）相對(duì)照，如果是“合法”用戶則打開(kāi)道閘、點(diǎn)亮綠色交通燈，允許車(chē)輛通過(guò)。當(dāng)?shù)篱l處地感檢測(cè)車(chē)輛已通過(guò)，并且入口處地感未檢測(cè)到有新的車(chē)輛進(jìn)入，則仍由入口控制器向計(jì)算機(jī)管理節(jié)點(diǎn)報(bào)告系統(tǒng)空閑，可以進(jìn)入休眠模式。其他功能，比如出口控制器、收費(fèi)功能等，都可以按同一方式管理。

　　系統(tǒng)中，管理節(jié)點(diǎn)采用安裝PC-CAN接口卡的通用PC機(jī)，與安裝在各個(gè)位置的終端功能設(shè)備進(jìn)行通訊。常用的PC-CAN接口卡有：PCI-CAN接口卡、ISA-CAN接口卡、USBCAN接口卡、PC104-CAN接口卡、EtherNet-CAN接口卡或并口CAN接口卡等，可以根據(jù)系統(tǒng)的通訊要求而進(jìn)行合理選擇。

　　圖1 車(chē)輛進(jìn)出口處CAN-bus布線及結(jié)構(gòu)圖

　　4：車(chē)場(chǎng)內(nèi)部控制
　　
　　車(chē)場(chǎng)內(nèi)部控制部分主要功能是車(chē)輛導(dǎo)向、空位檢測(cè)和照明控制等。
　　
　　如圖2所示，圖中車(chē)場(chǎng)分為4個(gè)停車(chē)區(qū)域：A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)和D區(qū)。4個(gè)區(qū)的區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)一安置在車(chē)場(chǎng)入口處，指示區(qū)域的方向和當(dāng)前所剩的空位數(shù)。該區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)由一個(gè)控制器控制，帶一個(gè)CAN-bus總線接口。

　　圖 2 　車(chē)場(chǎng)內(nèi)部CAN-bus布線及結(jié)構(gòu)圖

　　當(dāng)有車(chē)輛或車(chē)主進(jìn)出某一個(gè)相關(guān)區(qū)域的時(shí)候，該區(qū)域的照明才點(diǎn)亮，在車(chē)輛或車(chē)主離開(kāi)后，燈自動(dòng)熄滅，并且和當(dāng)前進(jìn)出不相關(guān)區(qū)域的照明燈將不會(huì)點(diǎn)亮，這樣可以最大限度的節(jié)約能源，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，這在較大型停車(chē)場(chǎng)中的作用會(huì)更加突出。
　　
　　在車(chē)輛進(jìn)出后，車(chē)場(chǎng)的停車(chē)數(shù)量發(fā)生變化，系統(tǒng)可以及時(shí)地探測(cè)到這個(gè)變化并向主控制器和區(qū)位引導(dǎo)指示牌報(bào)告，使其刷新當(dāng)前的記錄和顯示。
　　
　　這一個(gè)系統(tǒng)中，使用CAN-bus總線方式進(jìn)行通訊，網(wǎng)絡(luò)顯得非常簡(jiǎn)單、可靠，如圖2所示。每個(gè)停車(chē)區(qū)有一個(gè)單獨(dú)的區(qū)控制器，均帶CAN-bus接口，用于管理該區(qū)的照明和車(chē)位檢測(cè)。按圖中所示，紅線是照明線，通過(guò)區(qū)控制器來(lái)直接控制該區(qū)燈的亮滅。綠線是單總線，用于和車(chē)位探測(cè)器通訊，與CAN-bus總線一起，構(gòu)成一個(gè)方便的二級(jí)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，車(chē)位探測(cè)器的網(wǎng)絡(luò)組建也可以使用CAN-bus方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，基本上不會(huì)受到車(chē)位數(shù)量的制約，且可以方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、故障定位等眾多特定功能。

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
　　
　　上述兩個(gè)部分相連接，可以形成一個(gè)完整的智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)中，不僅可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，還能和其他的CAN-bus系統(tǒng)連接，如物業(yè)管理中心、小區(qū)調(diào)度中心等，方便整個(gè)系統(tǒng)的管理。
　　
　　采用CAN-bus總線，也為定制通訊協(xié)議、設(shè)計(jì)軟件提供了非常明顯的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)的整體性能得到提升。同時(shí)，采用CAN-bus總線可以大幅度降低整個(gè)智能停車(chē)場(chǎng)在設(shè)備擴(kuò)展、系統(tǒng)升級(jí)、終端維護(hù)方面所投入的成本。而且，越是大型的智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)，采用CAN-bus總線的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯――功能好，成本低，節(jié)省管理與維護(hù)成本。
　　
　　實(shí)踐證明，采用CAN-bus總線在智能停車(chē)場(chǎng)的運(yùn)行中可以獲得良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)利益。
　　
　　CAN-bus總線已經(jīng)成功運(yùn)行在國(guó)內(nèi)多個(gè)智能停車(chē)場(chǎng)、車(chē)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)、車(chē)輛管理所、車(chē)輛收費(fèi)站等場(chǎng)合。這也是國(guó)內(nèi)眾多通訊控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可靠、自動(dòng)化運(yùn)行、無(wú)人值守的發(fā)展方向。