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本文主要介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-bus在現(xiàn)代化的智能樓宇、小區(qū)安防中的應(yīng)用方法。并且，通過一些實(shí)際應(yīng)用案例的分析，說明選擇現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-bus后整個(gè)系統(tǒng)所增加的運(yùn)行效益。 |
| 智能小區(qū) |
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通常所謂的智能小區(qū)技術(shù)即是在住宅小區(qū)內(nèi)采用4C技術(shù)（Computer計(jì)算機(jī)、Automatic Control自動(dòng)控制、Communication通訊、IC Card智能卡），建立一個(gè)由服務(wù)管理中心、接入網(wǎng)和家庭智能化系統(tǒng)組成的信息集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)各種信息實(shí)現(xiàn)全面、實(shí)時(shí)、有效地接收、傳遞、采集和監(jiān)控。為住戶提供一個(gè)安全、舒適、便捷、節(jié)能、高效的生活環(huán)境。
小區(qū)智能化系統(tǒng)，通常包括智能家居系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng)、全自動(dòng)遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)、物業(yè)收費(fèi)自動(dòng)查詢催收系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)等。安防系統(tǒng)和消防系統(tǒng)是至關(guān)重要的，應(yīng)符合相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范。
在整個(gè)小區(qū)系統(tǒng)越來越大、功能越來越多的情況下，各系統(tǒng)之間和系統(tǒng)內(nèi)部起連接作用的通訊（Communication）系統(tǒng)環(huán)節(jié)的作用和重要性日益增強(qiáng)，并在很大程度上影響到整個(gè)小區(qū)系統(tǒng)的性能。
通訊系統(tǒng)也根據(jù)功能分為：監(jiān)測(cè)控制通訊、音頻與視頻通訊、電信通訊、互聯(lián)網(wǎng)等。其中“監(jiān)測(cè)控制通訊”的通訊方式是本文討論的重點(diǎn)。 |
| CAN-bus總線 |
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以前絕大部分的智能樓宇系統(tǒng)的數(shù)字量、信號(hào)控制與采集的通訊都是采用RS-485總線，但是由于RS-485的總線效率低、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性差、通訊的可靠性低、后期維護(hù)成本高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點(diǎn)少、應(yīng)用不靈活等不足和缺陷逐漸體現(xiàn)出來，越來越不能適應(yīng)大中型智能樓宇的控制需要，并且?guī)砀嗟某杀竞途S護(hù)費(fèi)用。雖然許多工程師、生產(chǎn)廠商等提出了改進(jìn)的方法和建議，但都不能從根本上解決RS-485這些先天性的問題。所以，采用更好性能的通訊系統(tǒng)的措施勢(shì)在必行。
CAN（Controller Area Network）總線最早由德國BOSCH公司提出，主要用于汽車內(nèi)部測(cè)量與控制中心之間的數(shù)據(jù)通信。由于其良好的性能，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域當(dāng)中，如工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子、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(xiàn)場(chǎng)總線CAN-bus的特點(diǎn)：
1、國際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線，傳輸可靠，實(shí)時(shí)性高；
2、傳輸距離遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)10Km），傳輸速率快（最高1Mbps）；
3、單條總線最多可接110個(gè)節(jié)點(diǎn)，并可方便的擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)數(shù)；
3、總線上各節(jié)點(diǎn)的地位平等，不分主從，突發(fā)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸；
4、非破壞總線仲裁技術(shù)，可多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)數(shù)據(jù)，總線利用率高；
5、出錯(cuò)的CAN節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并切斷和總線的聯(lián)系，不影響總線的通訊；
6、報(bào)文為短幀結(jié)構(gòu)并有硬件CRC校驗(yàn)，受干擾概率小，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；
7、對(duì)未成功發(fā)送的報(bào)文，硬件有自動(dòng)發(fā)功能，傳輸可靠性很高；
8、具有硬件地址濾波功能，可簡(jiǎn)化軟件的協(xié)議編制；
9、通訊介質(zhì)可用普通的雙絞線、同軸電纜或光纖等；
10、CAN-bus總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比極高。 |
| 實(shí)現(xiàn)原理 |
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在此，以小區(qū)的門禁系統(tǒng)（帶多防區(qū)）之間的通訊為例，來代表小區(qū)的各類檢測(cè)控制系統(tǒng)（如：電子巡更系統(tǒng)、智能停車場(chǎng)系統(tǒng)、小區(qū)電子告示牌廣告牌）的系統(tǒng)互聯(lián)的可操作模式。 |
| 系統(tǒng)設(shè)備 |
| 小區(qū)門禁系統(tǒng)以家庭為主要對(duì)象，每戶一個(gè)家庭主機(jī)，接收來自樓梯入口處（梯口門禁機(jī)）、小區(qū)門口（區(qū)口門禁機(jī)）處和小區(qū)管理中心（中心管理機(jī)）的各類視頻、音頻和控制信息，同時(shí)向小區(qū)管理中心發(fā)送當(dāng)前室內(nèi)狀況信號(hào)，并可實(shí)時(shí)報(bào)告突發(fā)事件。 |
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圖 1 基于CAN-bus總線的家庭主機(jī)主要功能圖 |
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電梯口門禁機(jī)、小區(qū)口門禁機(jī)帶攝像功能，還可以支持各種智能卡、密碼開門，同時(shí)能和中心管理機(jī)進(jìn)行報(bào)警等通訊。中心管理機(jī)可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)呼叫用戶、信息的群發(fā)、對(duì)講、監(jiān)看、接收?qǐng)?bào)警和提示等等管理功能。
系統(tǒng)里的各個(gè)控制設(shè)備都具有一路或多路CAN-bus總線接口，并且可以根據(jù)CAN-bus總線的特點(diǎn)在原有的RS-485總線接口設(shè)備的基礎(chǔ)上擴(kuò)展更多有用的功能，而使整個(gè)小區(qū)系統(tǒng)更加智能化。 |
| CAN-bus網(wǎng)絡(luò) |
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這些設(shè)備間使用CAN-bus總線通訊后，可以更徹底的實(shí)現(xiàn)分布式的管理理念，設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的地位是平等的，可以沒有主機(jī)和從機(jī)的概念，各設(shè)備平時(shí)只處理當(dāng)?shù)氐墓δ埽槐匾恢比ゲ樵兤渌脑O(shè)備，總線處于空閑狀態(tài)；當(dāng)其中一個(gè)或者是多個(gè)設(shè)備需要通訊或有突發(fā)事件，都可以主動(dòng)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)而不至于使總線產(chǎn)生混亂，而保持較高的總線利用率�？傮w上說則是加強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、合理性。
CAN-bus總線采用兩線的差分信號(hào)傳輸（CANH和CANL）。通訊介質(zhì)采用普通的雙絞線即可，價(jià)格低，選材方便，布線簡(jiǎn)潔。網(wǎng)絡(luò)一般采用直線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在總線的兩個(gè)端點(diǎn)各接一個(gè)終端電阻。CAN-bus總線還支持多種其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即使是不同的建筑布局，CAN總線也可以在其中靈活運(yùn)用。 |
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圖 2 基于CAN-bus總線的小區(qū)主線布線結(jié)構(gòu)圖 |
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小區(qū)的主線布線如圖2所示。圖中有“管理中心”和“小區(qū)會(huì)所”，其他1～7棟則是小區(qū)住宅，納入CAN-bus總線系統(tǒng)的還有兩個(gè)“小區(qū)進(jìn)出口”車輛進(jìn)出的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，小區(qū)的其他管理設(shè)備也可直接連接CAN-bus總線，統(tǒng)一管理。主線從小區(qū)“管理中心”引出，該處作為直線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)端點(diǎn)，并按照從近到遠(yuǎn)的原則經(jīng)過每個(gè)樓前和進(jìn)出口的CAN-bus中繼器或CAN-bus集線器，最終將“小區(qū)會(huì)所”連接的集線器作為小區(qū)主線的另一個(gè)端點(diǎn)。 |
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圖 3 基于CAN-bus總線的每單元布線結(jié)構(gòu)圖 |
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每棟樓的每單元的布線和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。每單元只需要一條雙絞線作為單元主線，該主線直接引至和其他單元共用的CAN集線器，家庭主機(jī)的支線直接掛接在主線上（CANH接主線的CANH，CANL接CANL）。
每棟樓每單元的單元主線通過CAN集線器和小區(qū)主線相連，避免了小區(qū)主線直接作為單元主線使用而浪費(fèi)大量CAN總線線材。每戶的CAN總線支線則直接掛接在單元總線上。這就形成了一個(gè)完整的小區(qū)CAN總線實(shí)現(xiàn)方案的布線結(jié)構(gòu)。
系統(tǒng)中用到的CAN-bus工具簡(jiǎn)單介紹如下，“CAN-bus 接口卡”是基于PC和各工控機(jī)的各種接口類型（如：PCI、ISA、USB、RS-232、PC-104等接口）的帶CAN-bus接口的卡，這樣計(jì)算機(jī)就可以方便的成為一個(gè)CAN-bus總線的管理節(jié)點(diǎn)�！�CAN-bus中繼器”功能是延長(zhǎng)通訊距離，擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，將一條CAN-bus總線距離和節(jié)點(diǎn)數(shù)成倍增長(zhǎng)�！�CAN-bus集線器”的功能是延長(zhǎng)通訊距離，擴(kuò)充CAN-bus網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，節(jié)約CAN-bus總線的通訊線材，將多條CAN-bus總線集成為一條傳輸線；和CAN-bus中繼器的區(qū)別是，CAN-bus集線器可以將多條總線的信息匯總到一條總線方便傳輸。 |
| 結(jié)論 |
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隨著人們生活水平的提高，對(duì)居住環(huán)境的要求不斷提高，加上近年來計(jì)算機(jī)和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能化以極快的步伐進(jìn)入到住宅小區(qū)和家庭中。并且在智能化的要求越來越高、智能化系統(tǒng)越來越龐大、家居環(huán)境舒適度越來越高的情況下。老一代的通訊系統(tǒng)已跟不上整體技術(shù)的進(jìn)步。
開放的CAN-bus具有優(yōu)越簡(jiǎn)潔等諸多特點(diǎn)，使得CAN-bus總線設(shè)備和CAN-bus總線系統(tǒng)的更加智能化。CAN-bus總線完全可以將智能小區(qū)和智能樓宇的所有控制系統(tǒng)有機(jī)的連接在一起，徹底的實(shí)現(xiàn)分布管理、集中控制。并能有效的控制系統(tǒng)的成本投入，減少工程的后期維護(hù)和維修。
目前，國內(nèi)已經(jīng)有一些大型高檔住宅小區(qū)采用CAN-bus總線作為小區(qū)的控制管理網(wǎng)絡(luò)，并且取得了良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)利益，有效地降低了設(shè)備投入成本，節(jié)省了管理維護(hù)成本。比如，上海地區(qū)的AN-KE電子公司、上海真理電子公司等多家企業(yè)都已經(jīng)成功地將建立了基于CAN-bus總線的智能小區(qū)管理網(wǎng)絡(luò)。
同時(shí)，在眾多小區(qū)的消防系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)中，由于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、可靠性、性價(jià)比等方面提出了很高的要求，這些領(lǐng)域基本上已經(jīng)形成CAN-bus網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)的形勢(shì)。
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