基于CAN總線(xiàn)智能建筑監控系統的通信協(xié)議設計

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

現代智能建筑監控系統廣泛采用了現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)?，F場(chǎng)總線(xiàn)的種類(lèi)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(xiàn)和Lonworks總線(xiàn)。CAN總線(xiàn)技術(shù)以其可靠性高，結構簡(jiǎn)單，傳輸距離長(cháng)和成本低而具有巨大的應用潛力。
控制局域網(wǎng)CAN是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)中最成熟、最有發(fā)展前途的微處理器局域網(wǎng)絡(luò )。協(xié)議采用總線(xiàn)型拓撲結構，通過(guò)研究CAN2．0B協(xié)議規范，制定了符合智能建筑監控系統的通信協(xié)議，并進(jìn)行了通信節點(diǎn)軟件的設計。

1 基于CAN總線(xiàn)的智能建筑網(wǎng)絡(luò )拓撲結構
CAN總線(xiàn)的智能建筑監控系統拓撲結構，如圖1所示。該系統由3部分組成：上位機、CAN通信節點(diǎn)和各個(gè)現場(chǎng)智能設備組成。通信節點(diǎn)的數量可根據建筑物的規模增減，CAN總線(xiàn)作為通信網(wǎng)絡(luò )將各個(gè)節點(diǎn)連接成一個(gè)分布式智能監控系統。

(1)上位機：由計算機和監控軟件組成，對整個(gè)智能建筑監控系統的管理和控制，是整個(gè)系統的中心。
(2)CAN通信節點(diǎn)：各通信節點(diǎn)功能相同，主要完成把現場(chǎng)設備采集到的實(shí)時(shí)數據發(fā)送到CAN總線(xiàn)上，接收CAN總線(xiàn)發(fā)送來(lái)的控制信息。CAN通信節點(diǎn)的硬件由微處理器、CAN控制器SJAl000、CAN收發(fā)器PCA82C250組成。
(3)現場(chǎng)智能設備：由微處理器、和現場(chǎng)功能裝置等組成。完成檢測、報警、控制、顯示等功能。智能建筑監控系統現場(chǎng)設備由照明、空調、電梯、安全監控、消防監控、給排水，配電等組成。

2 CAN總線(xiàn)通信協(xié)議的硬件基礎
CAN總線(xiàn)協(xié)議描述了信息在設備之間的傳遞規則，它對層的定義與開(kāi)放系統互連模型OSI一致，CAN被分為應用層、數據鏈路層和物理層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(shí)際的通訊是發(fā)生在每一設備上相鄰的兩層之間，而各個(gè)設備只通過(guò)物理層的通信介質(zhì)連接在一起。
CAN總線(xiàn)規范定義了模型的最下面的兩層：物理層和數據鏈路層。CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器和通信介質(zhì)則實(shí)現了物理層的主要功能。CAN總線(xiàn)控制器實(shí)現了總線(xiàn)協(xié)議中規定的數據鏈路層的傳輸任務(wù)。常用的CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器有Philips公司的PCA82C250，總線(xiàn)控制器是SJAl000，通信介質(zhì)是雙絞線(xiàn)或同軸電纜。
2．1 總線(xiàn)驅動(dòng)器PCA82C250的工作原理
PCA82C250是CAN總線(xiàn)控制器與物理導線(xiàn)之間的接口，該驅動(dòng)器可以提供對總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送和接收功能。PCA82C250的驅動(dòng)部分由1個(gè)PNP的極管和1個(gè)NPN的三極管組成。這2個(gè)三極管根據TXD的信號導通或截止。當TXD=0時(shí)，2個(gè)三極管處于導通狀態(tài)時(shí)，總線(xiàn)上顯示為顯性電平。當TXD=1時(shí)，2個(gè)三極管處于截止狀態(tài)，總線(xiàn)上顯示為隱性電平，此時(shí)驅動(dòng)器對總線(xiàn)的影響很小。因此，如果存在其他節點(diǎn)發(fā)送顯性電平，則總線(xiàn)的電平狀態(tài)就是顯性，只有所有的驅動(dòng)器都發(fā)送隱性電平，總線(xiàn)的電平狀態(tài)才是隱性。實(shí)現了CAN總線(xiàn)物理層的線(xiàn)與功能。PCA82C250功能圖，如圖2所示。