CAN總線(xiàn)在中央空調控制系統中的應用

中央空調控制系統是智能建筑中不可缺少的組成部分。傳統的控制方法是采用DDC(直接數字控制器)方式，將各個(gè)溫度、濕度檢測點(diǎn)和控制點(diǎn)連接到一臺或多臺DDC上，實(shí)行多點(diǎn)實(shí)時(shí)監控。由于現代智能建筑樓層較多，多個(gè)空調風(fēng)機位于不同樓層，溫、濕度檢測點(diǎn)分布于各個(gè)房間，采用DDC方式進(jìn)行控制具有引線(xiàn)過(guò)長(cháng)、施工不便、系統通信的實(shí)時(shí)性和可靠性不高等缺點(diǎn)。

在各種通信方式中，面向工業(yè)控制的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是目前解決工業(yè)控制現場(chǎng)數據通信問(wèn)題的最佳方案。現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是在二十世紀80年代后期發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的現場(chǎng)工業(yè)控制技術(shù)。它集數字通信、智能儀表、微機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)于一身，從根本上突破了傳統?quot;點(diǎn)對點(diǎn)"式的模擬信號或數字－模擬信號控制的局限性，為真正的"分散式控制，集中式管理"提供了技術(shù)保證。

現場(chǎng)總線(xiàn)的通信協(xié)議結構是根據國際標準化組織提供的開(kāi)放系統互連模型(ISO/OSI)來(lái)制定的。本系統所采用的CAN總線(xiàn)是最早在我國得到應用的現場(chǎng)總線(xiàn)之一，它采用ISO/OSI七層框架中的物理層和數據鏈路層。CAN總線(xiàn)標準采用多主方式，網(wǎng)絡(luò )上任何節點(diǎn)均可主動(dòng)向其它節點(diǎn)發(fā)送信息，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)可按系統實(shí)時(shí)性要求分成不同的優(yōu)先級。數據鏈路層采用短幀結構，每一幀為8個(gè)字節，易于糾錯。發(fā)送期間丟失仲裁或出錯的幀可自動(dòng)重新發(fā)送，故障節點(diǎn)可自動(dòng)脫離總線(xiàn)。CAN總線(xiàn)標準支持全雙工通信，傳輸介質(zhì)采用雙絞線(xiàn)和光纖，傳輸速率可達1Mbps，節點(diǎn)數可達110個(gè)。其最大特點(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。其容錯能力和抗干擾能力強，傳輸安全性高。

1 中央空調控制系統的整體構成
中央空調控制系統的總體框圖如圖1所示。

圖中，上位機采用IBM-PC兼容機，負責系統數據的接收與管理、控制命令的發(fā)送、系統工作過(guò)程的實(shí)時(shí)顯示等。各單元控制器作為下位機，采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機作為微處理器，負責本單元內空調風(fēng)機機組的現場(chǎng)數據檢測以及工作狀態(tài)的控制等。單元控制器內的CAN總線(xiàn)控制器SJA1000負責接收來(lái)自CAN總線(xiàn)的數據以及通過(guò)CAN總線(xiàn)向上位機發(fā)送數據。上位機通過(guò)插在PC總線(xiàn)擴展槽內的智能CAN總線(xiàn)通信適配卡連接CAN總線(xiàn)

并通過(guò)CAN總線(xiàn)與各單元控制器相連接。單元控制器也可以脫離上位機，直接進(jìn)行現場(chǎng)手動(dòng)控制。

系統的工作原理為：各單元控制器對本單元的各檢測點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測，將檢測數據按照CAN總線(xiàn)協(xié)議標準發(fā)送給上位機；上位機通過(guò)智能CAN總線(xiàn)通信適配卡接收各單元控制器上傳的數據，根據操作者的指令或系統軟件預先設定的控制程序向各單元控制器發(fā)送控制命令，由單元控制器對各空調風(fēng)機機組進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。若脫離上位機，單元控制器將根據軟件設定的控制參數直接對空調風(fēng)機機組進(jìn)行自動(dòng)控制。操作者可通過(guò)單元控制器上的小鍵盤(pán)對控制參數進(jìn)行現場(chǎng)修改。

2 硬件設計

系統硬件主要包括智能CAN總線(xiàn)通信適配卡和單元控制器。圖2為智能CAN總線(xiàn)通信適配卡的原理框圖。