基于CAN總線(xiàn)的家庭控制器的設計與實(shí)現

　引言

　　CAN（Controller Area Network）總線(xiàn)是德國B(niǎo)osch公司為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議,它是一種多主總線(xiàn),通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導纖維,通信速率可達1Mbps,通信距離可達10km,CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統的站地址編碼,而代之以對通信數據塊進(jìn)行編碼,使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)個(gè)數在理論上不受限制。由于CAN總線(xiàn)具有較強的糾錯能力,支持差分收發(fā),因而適合高干擾環(huán)境,并具有較遠的傳輸距離。因此,CAN協(xié)議對于許多領(lǐng)域的分布式測控是很有吸引力的。目前CAN已成為ISO11898標準,其特性如下：

　?。?）CAN是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。

　?。?）CAN協(xié)議遵循ISO/OSI模型,采用了其中的物理層、數據鏈路層與應用層。

　?。?）CAN 可以多主方式工作,本質(zhì)上也是一種CSMA/CD方式,網(wǎng)絡(luò )上任意一個(gè)節點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上的其它節點(diǎn)發(fā)送信息,而不分主從,節點(diǎn)之間有優(yōu)先級之分,因而通信方式靈活;CAN采用非破壞性位仲裁技術(shù),優(yōu)先級發(fā)送,可以大大節省總線(xiàn)沖突促裁時(shí)間,在重負荷下表現出良好的性能;CAN可以點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)（成組）及全局廣播等幾種方式傳送和接收數據。

　?。?）CAN的直接通信距離最遠可達10km（傳輸速度為5 Kbps）;最高通信速率可達1Mbps(傳輸距離為40m)。

　?。?）CAN上的節點(diǎn)數據實(shí)際可達110個(gè)。

　?。?）CAN數據鏈路層采用短幀結構,每一幀為8個(gè)字節,易于糾錯;CAN每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施,有效地降低了數據的錯誤率;CAN節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下,具有自動(dòng)關(guān)閉的功能,使總線(xiàn)上其它節點(diǎn)不受影響。

　?。?）信號調制解調方式采用NRZ編碼/解碼方式,并且采用插入填充位（位填充）技術(shù)。

　?。?）數據位具有支配“0”（Dominant bit）和退讓“1”（Recessive bit）兩種邏輯值,采用時(shí)鐘同步技術(shù),具有硬件自同步和定時(shí)時(shí)間自動(dòng)跟蹤功能。

　　基于CAN總線(xiàn)的家庭控制器總線(xiàn)設計方案

　　在進(jìn)入信息化時(shí)代的今天,人們對于居住環(huán)境中的安全性、舒適性要求已越來(lái)越高,建立住宅小區計算機管理局域網(wǎng),實(shí)現小區綜合管理的網(wǎng)絡(luò )化勢在必行。通過(guò)遍布于整個(gè)住宅區的家庭控制器和中央計算機系統,實(shí)現對住宅的智能化管理。

　　圖 1是基于CAN總線(xiàn)的總體結構示意圖,系統采用支持CAN標準的總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò )。中央計算機系統（上位機PC）通過(guò)CAN接口適配卡與CAN總線(xiàn)相連,進(jìn)行數據交換。通過(guò)雙絞線(xiàn)把中央計算機系統和家庭控制器（下位智能節點(diǎn)）掛接在一條總線(xiàn)上,構成低層通信網(wǎng)絡(luò )。由于采用了CSMA/CD的信息傳輸控制技術(shù),允許總線(xiàn)上各節點(diǎn)平等爭用總線(xiàn),從而可構成具有多主節點(diǎn)的冗余網(wǎng)絡(luò )結構。

　　在低層通信網(wǎng)絡(luò )中,中央計算機系統和家庭控制器分別有自己的ID標志。由于采用CAN標準作為網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議,各節點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò )中的地位相同,于是我們可以將中央計算機系統虛擬成主機,而家庭控制器則虛擬成從機,響應主機的要求。中央計算機系統負責對整個(gè)CAN總線(xiàn)系統進(jìn)行監視管理,具有系統參數（如傳輸速率、節點(diǎn)地址等）設置、數據發(fā)送、數據請求、本機狀態(tài)查詢(xún)、節點(diǎn)狀態(tài)查詢(xún)、中斷狀態(tài)查詢(xún)等功能。系統工作過(guò)程為上位機向下位節點(diǎn)（家庭控制器）發(fā)送命令,下位節點(diǎn)識別并執行相應命令。同時(shí)各下位節點(diǎn)也可按要求進(jìn)行信息交換。