基于CAN總線智能建筑監控系統的通信協議設計

摘要：從研究CAN2．OB總線規范入手，介紹了CAN總線規范的硬件基礎，分析了CAN總線報文格式，通過對報文標識符的分配，設計了應用于該系統的通信協議，并給出了軟件設計流程，較好地解決了智能建筑監控系統通信過程中的仲裁問題。
關鍵詞：智能建筑；CAN總線；通信協議；標識符

現代智能建筑監控系統廣泛采用了現場總線技術?，F場總線的種類目前有40多種，但適合智能建筑且在我國推廣的主要有兩種：CAN(Control Area Network)總線和Lonworks總線。CAN總線技術以其可靠性高，結構簡單，傳輸距離長和成本低而具有巨大的應用潛力。
控制局域網CAN是現場總線技術中最成熟、最有發展前途的微處理器局域網絡。協議采用總線型拓撲結構，通過研究CAN2．0B協議規范，制定了符合智能建筑監控系統的通信協議，并進行了通信節點軟件的設計。

1 基于CAN總線的智能建筑網絡拓撲結構
CAN總線的智能建筑監控系統拓撲結構，如圖1所示。該系統由3部分組成：上位機、CAN通信節點和各個現場智能設備組成。通信節點的數量可根據建筑物的規模增減，CAN總線作為通信網絡將各個節點連接成一個分布式智能監控系統。

(1)上位機：由計算機和監控軟件組成，對整個智能建筑監控系統的管理和控制，是整個系統的中心。
(2)CAN通信節點：各通信節點功能相同，主要完成把現場設備采集到的實時數據發送到CAN總線上，接收CAN總線發送來的控制信息。CAN通信節點的硬件由微處理器、CAN控制器SJAl000、CAN收發器PCA82C250組成。
(3)現場智能設備：由微處理器、和現場功能裝置等組成。完成檢測、報警、控制、顯示等功能。智能建筑監控系統現場設備由照明、空調、電梯、安全監控、消防監控、給排水，配電等組成。

2 CAN總線通信協議的硬件基礎
CAN總線協議描述了信息在設備之間的傳遞規則，它對層的定義與開放系統互連模型OSI一致，CAN被分為應用層、數據鏈路層和物理層3層，各層之間互相透明，每一層只與另一設備上相同的那一層通訊，實際的通訊是發生在每一設備上相鄰的兩層之間，而各個設備只通過物理層的通信介質連接在一起。
CAN總線規范定義了模型的最下面的兩層：物理層和數據鏈路層。CAN總線驅動器和通信介質則實現了物理層的主要功能。CAN總線控制器實現了總線協議中規定的數據鏈路層的傳輸任務。常用的CAN總線驅動器有Philips公司的PCA82C250，總線控制器是SJAl000，通信介質是雙絞線或同軸電纜。
2．1 總線驅動器PCA82C250的工作原理
PCA82C250是CAN總線控制器與物理導線之間的接口，該驅動器可以提供對總線的差動發送和接收功能。PCA82C250的驅動部分由1個PNP的極管和1個NPN的三極管組成。這2個三極管根據TXD的信號導通或截止。當TXD=0時，2個三極管處于導通狀態時，總線上顯示為顯性電平。當TXD=1時，2個三極管處于截止狀態，總線上顯示為隱性電平，此時驅動器對總線的影響很小。因此，如果存在其他節點發送顯性電平，則總線的電平狀態就是顯性，只有所有的驅動器都發送隱性電平，總線的電平狀態才是隱性。實現了CAN總線物理層的線與功能。PCA82C250功能圖，如圖2所示。