基于CAN-bus 总线的海关车场设备网方案

1.1 CAN-bus 总线介绍

CAN-bus 是国际上应用最广泛的现场总线之一，被广泛应用于欧洲的中高档汽车中，用作ECU 单元的串行数据传输网络；近几年来，CAN-bus 开始进入中国各个行业的数据通讯应用，并于2002 年被确定为电力通讯产品领域的国家标准，正被大家逐渐重视。

与RS-485 类似，CAN-bus 网络使用普通双绞线作为传输介质，采用直线拓朴结构，单条网络线路至少可连接110 个节点，网络总长度最大可达10 公里（使用标准CAN 收发器PCA82C250/251 芯片）。在CAN-bus 网络中，数据收发、硬件检错均由CAN 控制器硬件完成，大大增强了CAN-bus 网络的抗电磁干扰能力，即由硬件来保证CAN-bus 网络运行的可靠性。据国际CiA 协会统计，2001 年仅在欧洲就销售了超过1 亿个CAN-bus 节点，几乎淘汰了欧洲所有的RS-485 系统。目前，国内的汽车、电梯行业已是CAN-bus 应用的典型领域，工业控制、智能楼宇、煤矿设备等行业也是日见更多型号的应用CAN-bus 总线设备与产品。

CAN-bus 总线的优点：可靠性高，可以支持硬件节点的即插即用；故障节点可自动关闭，不影响其他网络节点；采用芯片硬件ID 方式管理网络，故障节点界定十分方便，网络维护成本比较低。

CAN-bus 总线的适用范围：可适用于节点数目很多，传输距离在10 公里以内，安全性要求高的场合；也可适用于对实时性、安全性要求十分严格的机械控制网络。CAN-bus 总线不适合于有大量数据需要传输（比如视频/音频信号）的场合。

1.2 现场的应用需求

一般情况下，海关的车场需要组建2 个信息与控制网络，分别对应车场的进口车道、车场的出口车道进行设备管理。其中，每个进口车道管理6～9 个设备，每个出口车道管理4～8个设备。

举例说明，进口车道主要由以下一些设备组成：

●地磅：检测车辆的载重信息，具有RS-485 通讯接口。地磅属于主动发送数据设备，大约每170 毫秒向服务器发送17 字节的数据，属于小数据量设备。
●起落杆：控制车辆是否放行，具有RS-485 通讯接口。起落杆属于被动发送数据设备，服务器每隔1 秒发送一个控制命令。属于小数据量设备。
●电子关锁：海关专用设备，具有RS-232 通讯接口。电子关锁属于被动发送设备，服务器每隔100 毫秒向电子关锁发送控制命令，总共两个命令类型：施封和解封。属于小数据量设备。
●电子车牌：检测通关车辆的身份信息与司机身份信息，具有RS-232 通讯接口。电子车牌属于被动发送设备。一般通过调用设备厂商提供的动态库接口向电子车牌设备发送读取数据命令，周期为100 毫秒，每次通讯数据约在300～2000 字节，数据流量比较大，属于大数据量设备。
●海关通关仪：海关专用设备，集成显示、语音、键盘接口，具有2～3 个RS-232 通讯接口。
●条码阅读器：读取条码信息，具有RS-232 通讯接口。
●IC 卡读卡器：读取IC 卡信息，具有RS-232 通讯接口。

传统的海关车场设备网一般采用“以太网EtherNet+多串口服务器”方案，采用2 级网络方式。其网络拓朴结构如下图所示：

传统的海关车场设备网采用“以太网EtherNet＋RS-232”方式实现设备之间的通讯，是基于“点DD点”的通讯模式。由于网络中所连接设备的数据流量不一致性，容易引起网络数据阻塞；而且，利用以太网（EtherNet）方式组建网络的成本比较高，需要对网络及运行设备增加多级保护措施，以适应长期工作的恶劣环境。

新一代CAN-bus 总线技术的成熟应用，可以在海关车场设备网的建设中减少网络布线，有效降低设备成本，并能够提高通讯效率。利用CAN-bus 总线技术建设的海关车场设备网具备更好的实时性、稳定性，以及更强的抗干扰能力，且可以适合非常严苛的工作环境。

1.3 CAN-bus 实施方案

下面简要地介绍采用CAN-bus 总线建立的海关车场设备网方案。

1.3.1 网络拓扑结构

在基于CAN-bus 总线的海关车场设备网中，每一个车场设备都被分配了一个网络中唯一的ID 设备号，且都通过CAN232MB 智能协议转换器或CAN485MB 智能协议转换器连接至CAN-bus 总线。

考虑连接车场设备的数量、通讯数据流量、通讯距离等因素，服务器PC 上可以安装1～8块PCI-9840 四路高速CAN 接口卡。通常情况，一路CAN-bus 通道可以最多连接100 个CAN-bus 节点，每块PCI-9840 四路高速CAN 接口卡最多可以连接400 个CAN-bus 节点设备；同一台PC 可以管理32 条CAN-bus 总线，管理3200 个CAN-bus 节点设备，甚至更多个设备。

服务器PC 通过CAN-bus 总线编号、ID 设备号访问并管理车场设备网中的每一个指定设备。

CAN-bus 采用直线拓朴结构，同一网络中的所有CAN-bus