智能停車(chē)場(chǎng)的現場(chǎng)總線(xiàn)CAN-bus網(wǎng)絡(luò )

　　1 前言

　　隨著(zhù)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代替手工方式，來(lái)進(jìn)行有效的管理和執行。當前越來(lái)越復雜的交通狀況，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運而生了。智能停車(chē)場(chǎng)的產(chǎn)生不但規范了城市交通管理和車(chē)輛管理水平，擴充了城市的容量，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接口(如智能大廈、智能小區等)，組成更完善的物流及設備管理系統。

　　2 智能停車(chē)場(chǎng)通訊現狀

　　目前停車(chē)場(chǎng)的智能化程度不一，管理也缺乏有序性，設施之間也通用性也較差，造成系統集成商和用戶(hù)的設備選型品種較少，實(shí)現的功能不全，系統特點(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(chǎng)商采用了串行的RS-485總線(xiàn)或RS-232總線(xiàn)作為設備之間的通訊方式;同時(shí)，有一部分先進(jìn)的廠(chǎng)商已經(jīng)采用了CAN-bus總線(xiàn)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)系統有非常大的局限性，只能實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)操作，中央處理器的負擔較大，不便于系統擴充，可通訊距離非常短，不適于遠程操作;而且，系統成本較高。采用RS-485總線(xiàn)的系統在整體性能上好于RS-232的系統，因其是總線(xiàn)形式，方便擴充，但是隨著(zhù)停車(chē)場(chǎng)系統智能化程度要求越來(lái)越高，功能越來(lái)越強，總線(xiàn)的節點(diǎn)越來(lái)越多的情況下，RS-485的總線(xiàn)效率低、系統的實(shí)時(shí)性差、通訊的可靠性低、后期維護成本高、網(wǎng)絡(luò )工程調試復雜、傳輸距離不理想、單總線(xiàn)可掛接的節點(diǎn)少、應用不靈活等不足和缺陷逐漸體現出來(lái);智能停車(chē)場(chǎng)的系統擴展也受到RS-485本身的制約，越來(lái)越不能適應大中型智能停車(chē)場(chǎng)的控制需要。

　　先進(jìn)的的CAN-bus總線(xiàn)通訊系統是智能停車(chē)場(chǎng)的主流發(fā)展方向。使用這種工業(yè)級的通訊方式，可以保證通訊數據的可靠性、實(shí)時(shí)性;并且，實(shí)際建設中， CAN-bus總線(xiàn)成本和RS-485 方式成本大體相當，甚至，在較大型的停車(chē)場(chǎng)系統中，CAN總線(xiàn)的整體成本還略低于RS-485 系統。由于CAN總線(xiàn)容錯性能好，可以大大降低后期的維護、維修、擴充成本。但是，目前的智能停車(chē)場(chǎng)多數采用了CAN-bus總線(xiàn)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 )負載不平衡，限制了CAN-bus總線(xiàn)發(fā)揮最大限度的性能優(yōu)勢。下面將以CAN-bus總線(xiàn)組建的停車(chē)場(chǎng)收費和管理系統為例，介紹一整套的智能停車(chē)場(chǎng)改進(jìn)方案，從而體現出CAN-bus總線(xiàn)的整體優(yōu)勢。

　　3 智能停車(chē)場(chǎng)CAN-bus方案

　　3.1 CAN-bus簡(jiǎn)介

　　CAN(Controller Area Network)總線(xiàn)最早由德國B(niǎo)OSCH公司提出，主要用于汽車(chē)內部測量與控制中心之間的數據通信。由于其良好的性能，在世界范圍內廣泛應用于其他領(lǐng)域當中，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。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)CAN-bus的特點(diǎn)：

　　1、國際標準的工業(yè)級現場(chǎng)總線(xiàn)，傳輸可靠，實(shí)時(shí)性高;

　　2、傳輸距離遠(最遠10KM)，傳輸速率快(最高1Mbps);

　　3、單條總線(xiàn)最多可接110 個(gè)節點(diǎn)，并可方便的擴充節點(diǎn)數;

　　4、總線(xiàn)上各節點(diǎn)的地位平等，不分主從，突發(fā)數據可實(shí)時(shí)傳輸;

　　5、非破壞總線(xiàn)仲裁技術(shù)，可多節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)數據，總線(xiàn)利用率高;

　　6、出錯的CAN節點(diǎn)會(huì )自動(dòng)關(guān)閉并切斷和總線(xiàn)的聯(lián)系，不影響總線(xiàn)的通訊;

　　7、報文為短幀結構并有硬件CRC校驗，受干擾概率小，數據出錯率極低;

　　8、對未成功發(fā)送的報文，硬件有自動(dòng)發(fā)功能，傳輸可靠性很高;

　　9、具有硬件地址濾波功能，可簡(jiǎn)化軟件的協(xié)議編制;

　　10、通訊介質(zhì)可用普通的雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖等;

　　11、CAN-bus總線(xiàn)系統結構簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比極高。

　　3.2 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、遠程控制、車(chē)場(chǎng)導向、車(chē)場(chǎng)車(chē)位自動(dòng)檢測、車(chē)場(chǎng)智能燈光控制。方案中不包含音頻、視頻的傳輸，因為音頻、視頻的傳輸一般是與控制總線(xiàn)分開(kāi)的。整個(gè)系統中，通訊主干線(xiàn)僅為一條雙絞線(xiàn)，各個(gè)通訊終端的控制器直接連接到總線(xiàn)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”和“從機”的概念，任何一個(gè)節點(diǎn)都可以啟動(dòng)數據的傳輸，避免了采用RS-485 的主機輪詢(xún)方式，從而保障數據的實(shí)時(shí)性。在CAN-bus總線(xiàn)上，既可以實(shí)現點(diǎn)-點(diǎn)之間的通訊，也可以實(shí)現多 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)位探測器可以根據車(chē)場(chǎng)內車(chē)的進(jìn)出變化，直接傳輸空位數量到車(chē)位顯示器顯示出來(lái);而不必先傳輸到管理機上，再由管理機傳到車(chē)位顯示器。當然管理機也可以接收到該信息，用于數據庫記錄。

　　智能停車(chē)場(chǎng)的通訊距離受CAN-bus總線(xiàn)的波特率制約;在20Kbps通訊速率時(shí)，可以在達到3KM 的通訊距離(使用同一條雙絞線(xiàn))，能夠滿(mǎn)足絕大部分需求。本方案中，按照位置的不同，將停車(chē)場(chǎng)系統分為兩個(gè)部分：車(chē)輛的進(jìn)出口控制、車(chē)場(chǎng)內部控制。

　　3.3 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、出票和顯示等。系統的布線(xiàn)結構如圖1 所示。系統中的CAN-bus網(wǎng)絡(luò )采用直線(xiàn)拓撲結構，各設備節點(diǎn)通過(guò)支線(xiàn)連接在CAN-bus主線(xiàn)上。在車(chē)場(chǎng)入口處，當地感檢測到有車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，入口控制器向計算機管理節點(diǎn)發(fā)送信號，請求啟動(dòng)整個(gè)管理系統(此前系統處于休眠狀態(tài)，以節約能源)，使系統立即進(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(xiàn)傳到管理計算機上，并與攝像機取得的車(chē)輛信息(車(chē)型、車(chē)牌等)相對照，如果是“合法”用戶(hù)則打開(kāi)道閘、點(diǎn)亮綠色交通燈，允許車(chē)輛通過(guò)。當道閘處地感檢測車(chē)輛已通過(guò)，并且入口處地感未檢測到有新的車(chē)輛進(jìn)入，則仍由入口控制器向計算機管理節點(diǎn)報告系統空閑，可以進(jìn)入休眠模式。其他功能，比如出口控制器、收費功能等，都可以按同一方式管理。

　　系統中，管理節點(diǎn)采用安裝PC-CAN 接口卡的通用PC 機，與執行不同功能、安裝不同位置的終端設備進(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，可以根據系統的通訊要求而進(jìn)行合理選擇。

　　圖 1 車(chē)輛進(jìn)出口處CAN-bus布線(xiàn)及結構圖

　　3.4 車(chē)場(chǎng)內部控制

　　車(chē)場(chǎng)內部控制部分主要功能是車(chē)輛導向、空位檢測和照明控制等。如圖2所示，圖中車(chē)場(chǎng)分為4 個(gè)停車(chē)區域：A 區、B 區、C 區和D 區。4 個(gè)區的區位引導系統統一安置在車(chē)場(chǎng)入口處，指示區域的方向和當前所剩的空位數。該區位引導系統由一個(gè)控制器控制，帶一個(gè)CAN-bus總線(xiàn)接口。

　　圖 2 車(chē)場(chǎng)內部CAN-bus布線(xiàn)及結構圖

　　當有車(chē)輛或車(chē)主進(jìn)出某一個(gè)相關(guān)區域的時(shí)候，該區域的照明才點(diǎn)亮，在車(chē)輛或車(chē)主離開(kāi)后，燈自動(dòng)熄滅，并且和當前進(jìn)出不相關(guān)區域的照明燈將不會(huì )點(diǎn)亮，這樣可以最大限度的節約能源，延長(cháng)設備壽命，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)數量發(fā)生變化，系統可以及時(shí)地探測到這個(gè)變化并向主控制器和區位引導指示牌報告，使其刷新當前的記錄和顯示。這一個(gè)系統中，使用 CAN-bus總線(xiàn)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)區有一個(gè)單獨的區控制器，均帶CAN-bus接口，用于管理該區的照明和車(chē)位檢測。按圖中所示，紅線(xiàn)是照明線(xiàn)，通過(guò)區控制器來(lái)直接控制該區燈的亮滅。綠線(xiàn)是單總線(xiàn)，用于和車(chē)位探測器通訊，與CAN-bus總線(xiàn)一起，構成一個(gè)方便的二級數據通訊網(wǎng)絡(luò )。

　　當然，車(chē)位探測器的網(wǎng)絡(luò )組建也可以使用CAN-bus方式來(lái)實(shí)現，基本上不會(huì )受到車(chē)位數量的制約，且可以方便地實(shí)現設備管理、故障定位等眾多特定功能。

　　4 系統優(yōu)勢

　　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。整個(gè)系統中，不僅可以實(shí)現無(wú)人值守，還能和其他的CAN-bus系統連接，如物業(yè)管理中心、小區調度中心等，方便整個(gè)系統的管理。

　　采用CAN-bus總線(xiàn)，也為定制通訊協(xié)議、設計軟件提供了非常明顯的優(yōu)勢，使系統的整體性能得到提升。同時(shí)，采用CAN-bus總線(xiàn)可以大幅度降低整個(gè)智能停車(chē)場(chǎng)在設備擴展、系統升級、終端維護方面所投入的成本。而且，越是大型的智能停車(chē)場(chǎng)系統，采用CAN-bus總線(xiàn)的優(yōu)勢會(huì )更加明顯――功能好，成本低，節省管理與維護成本。

　　實(shí)踐證明，采用CAN-bus總線(xiàn)在智能停車(chē)場(chǎng)的運行中可以獲得良好的社會(huì )效益、經(jīng)濟利益。CAN-bus總線(xiàn)已經(jīng)成功運行在國內多個(gè)智能停車(chē)場(chǎng)、車(chē)場(chǎng)設備網(wǎng)、車(chē)輛管理所、車(chē)輛收費站等場(chǎng)合。這也是國內眾多通訊控制網(wǎng)絡(luò )實(shí)現可靠、自動(dòng)化運行、無(wú)人值守的發(fā)展方向。