现场总线CAN-bus在智能楼宇中的应用

　　智能小区

　　通常所谓的智能小区技术即是在住宅小区内采用4C技术（Computer计算机、AutomaticControl自动控制、Communication通讯、ICCard智能卡），建立一个由服务管理中心、接入网和家庭智能化系统组成的信息集成网络系统，对各种信息实现全面、实时、有效地接收、传递、采集和监控。为住户提供一个安全、舒适、便捷、节能、高效的生活环境。
　　小区智能化系统，通常包括智能家居系统、安全防范系统、一卡通系统、停车场智能管理系统、全自动远程集中抄表系统、物业收费自动查询催收系统、楼宇自控系统、火灾报警与消防联动控制系统等。安防系统和消防系统是至关重要的，应符合相应的行业规范。
　　在整个小区系统越来越大、功能越来越多的情况下，各系统之间和系统内部起连接作用的通讯（Communication）系统环节的作用和重要性日益增强，并在很大程度上影响到整个小区系统的性能。
　　通讯系统也根据功能分为：监测控制通讯、音频与视频通讯、电信通讯、互联网等。其中“监测控制通讯”的通讯方式是本文讨论的重点。

　　CAN-bus总线

　　以前绝大部分的智能楼宇系统的数字量、信号控制与采集的通讯都是采用RS-485总线，但是由于RS-485的总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等不足和缺陷逐渐体现出来，越来越不能适应大中型智能楼宇的控制需要，并且带来更多的成本和维护费用。虽然许多工程师、生产厂商等提出了改进的方法和建议，但都不能从根本上解决RS-485这些先天性的问题。所以，采用更好性能的通讯系统的措施势在必行。
　　CAN（ControllerAreaNetwork）总线最早由德国BOSCH公司提出，主要用于汽车内部测量与控制中心之间的数据通信。由于其良好的性能，在世界范围内广泛应用于其他领域当中，如工业自动化、汽车电子、楼宇建筑、电梯网络、电力通讯和安防消防等诸多领域，并取逐渐成为这些行业的主要通讯手段。
　　现场总线CAN-bus的特点：
　　1、国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；
　　2、传输距离远（最远10Km），传输速率快（最高1Mbps）；
　　3、单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数；
　　3、总线上各节点的地位平等，不分主从，突发数据可实时传输；
　　4、非破坏总线仲裁技术，可多节点同时向总线发数据，总线利用率高；
　　5、出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯；
　　6、报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低；
　　7、对未成功发送的报文，硬件有自动发功能，传输可靠性很高；
　　8、具有硬件地址滤波功能，可简化软件的协议编制；
　　9、通讯介质可用普通的双绞线、同轴电缆或光纤等；
　　10、CAN-bus总线系统结构简单，性价比极高。

　　实现原理

　　在此，以小区的门禁系统（带多防区）之间的通讯为例，来代表小区的各类检测控制系统（如：电子巡更系统、智能停车场系统、小区电子告示牌广告牌）的系统互联的可操作模式。

系统设备
　　小区门禁系统以家庭为主要对象，每户一个家庭主机，接收来自楼梯入口处（梯口门禁机）、小区门口（区口门禁机）处和小区管理中心（中心管理机）的各类视频、音频和控制信息，同时向小区管理中心发送当前室内状况信号，并可实时报告突发事件。

图2　基于CAN-bus总线的小区主线布线结构图

小区的主线布线如图2所示。图中有“管理中心”和“小区会所”，其他1～7栋则是小区住宅，纳入CAN-bus总线系统的还有两个“小区进出口”车辆进出的智能停车场管理系统，小区的其他管理设备也可直接连接CAN-bus总线，统一管理。主线从小区“管理中心”引出，该处作为直线网络的一个端点，并按照从近到远的原则经过每个楼前和进出口的CAN-bus中继器或CAN-bus集线器，最终将“小区会所”连接的集线器作为小区主线的另一个端点。

图3　基于CAN-bus总线的每单元布线结构图
　　每栋楼的每单元的布线和网络结构如图3所示。每单元只需要一条双绞线作为单元主线，该主线直接引至和其他单元共用的CAN集线器，家庭主机的支线直接挂接在主线上（CANH接主线的CANH，CANL接CANL）。
　　每栋楼每单元的单元主线通过CAN集线器和小区主线相连，避免了小区主线直接作为单元主线使用而浪费大量CAN总线线材。每户的CAN总线支线则直接挂接在单元总线上。这就形成了一个完整的小区CAN总线实现方案的布线结构。
　　系统中用到的CAN-bus工具简单介绍如下，“CAN-bus接口卡”是基于PC和各工控机的各种接口类型（如：PCI、ISA、USB、RS-232、PC-104等接口）的带CAN-bus接口的卡，这样计算机就可以方便的成为一个CAN-bus总线的管理节点。“CAN-bus中继器”功能是延长通讯距离，扩充网络节点数，将一条CAN-bus总线距离和节点数成倍增长。　CAN-bus集线器”的功能是延长通讯距离，扩充CAN-bus网络节点数，节约CAN-bus总线的通讯线材，将多条CAN-bus总线集成为一条传输线；和CAN-bus中继器的区别是，CAN-bus集线器可以将多条总线的信息汇总到一条总线方便传输。