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1  引言

    要保證汽車在立體車庫中的安全運(yùn)行，除了對設(shè)備及其控制的高要求外，還必須對車庫中的各種信號（各種傳感器設(shè)備）定時(shí)定點(diǎn)檢測及維修。目前對這些信號的檢測主要由微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)完成。它可在信號主體設(shè)備運(yùn)行中自動跟蹤和采集有用信息，為管理人員和維修人員了解設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)采取措施，減少故障的發(fā)生。但信號過多也存在一些缺點(diǎn)：

    (1) 傳感器的引線多。傳感器采用二線制的信號傳輸方式，每只傳感器要2根引線。在大型庫的系統(tǒng)中，往往有幾百只到幾千只傳感器，需要的引線的根數(shù)是傳感器的2倍，如此多的引線將給安裝時(shí)的布線和日后維護(hù)帶來困難。
    (2) 傳感器的位置往往與控制器較遠(yuǎn)，模擬信號的長線傳輸會帶來干擾。
    (3) 目前通信主控模塊與上位機(jī)間的通信采用RS-232串行通信，其通信速率低，通信距離短，抗干擾能力較弱。
    (4) 從現(xiàn)場來的信號要經(jīng)過唯一的微機(jī)進(jìn)行分析，然后再返回到現(xiàn)場設(shè)備，不支持競爭。

    現(xiàn)場總線技術(shù)加實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與上位機(jī)之間的數(shù)字連接和現(xiàn)場設(shè)備的智能化，可克服上述一般微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)中的缺點(diǎn)和不足。現(xiàn)場總線有很多種，筆者選用CAN總線，它是當(dāng)今最為流行、使用較多的現(xiàn)場總線之一。它以其高性能、高可靠性以及靈活的設(shè)計(jì)受到人們的關(guān)注，并得到廣泛應(yīng)用。本文以CAN現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)，研究它在立體車庫系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2  CAN總線在立體車庫中使用的特點(diǎn)

    CAN總線最初是由德國BOSCH公司為解決汽車監(jiān)控系統(tǒng)中的諸多復(fù)雜技術(shù)和難題而設(shè)計(jì)的數(shù)字信號通信協(xié)議，它屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)。由于采用了許多新技術(shù)和獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想，與同類產(chǎn)品相比，CAN總線在數(shù)據(jù)通信方面具有可靠、實(shí)時(shí)和靈活的優(yōu)點(diǎn)。

    為使設(shè)計(jì)透明和執(zhí)行靈活，遵循ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，CAN總線結(jié)構(gòu)劃分為兩層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層（包括邏輯鏈路控制子層LLC和媒體訪問控制子層MAC）。其中，LLC子層為數(shù)據(jù)傳遞和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求提供服務(wù)；MAC子層的功能主要是傳送規(guī)則，即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢驗(yàn)、出錯標(biāo)定和故障界定。

CAN總線在立體車庫中應(yīng)用的主要特點(diǎn)有：

    (1)  CAN可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。
    (2)  CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級，可以滿足不同立體車庫中的實(shí)時(shí)要求。
    (3)  CAN采用非破壞性總線裁決技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，大大節(jié)省了總線沖突裁決時(shí)間；最重要的是在立體車庫網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況，可靠性高。
    (4)  CAN可以點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。
    (5)  CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5KB/s以下）。CAN的通信速率最高可達(dá)1MB/s（此時(shí)距離最長40m）。特別適于立體車庫。
    (6)  CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。可滿足立體車庫節(jié)點(diǎn)多的要求。
    (7)  CAN采用短幀結(jié)構(gòu)。立體停車設(shè)備屬于國家特種設(shè)備，對安全要求非常嚴(yán)格，采用短幀結(jié)構(gòu)可滿足其安全要求。因?yàn)槎處Y(jié)構(gòu)的每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，且具有極好的檢錯效果。每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率極低。
    (8)  通信介質(zhì)采用廉價(jià)的雙絞線，無特殊要求，成本較低，便于在立體車庫中推廣。
    (9)  CAN節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。立體車庫往往由不同組別的設(shè)備組成，當(dāng)一組設(shè)備有故障時(shí)，可切斷它與總線的聯(lián)系，不會影響其他設(shè)備正常運(yùn)行。
    (10)  NRZ編碼/解碼方式，并采用位填充技術(shù)。

    為了保證車輛在立體車庫中的安全、正常放置，需要大量的傳感器，網(wǎng)絡(luò)上需要傳遞不同的信號，因而難免會發(fā)生搶占總線的情況，而CAN總線特有的多主方式和非破壞性總線仲裁技術(shù)能夠克服這種情況，使通信方式更加靈活，并且節(jié)省了總線沖突裁決時(shí)間，保證了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。因而在立體車庫中選擇CAN總線作為現(xiàn)場級的網(wǎng)絡(luò)是適宜的。

3  CAN總線在立體車庫中的應(yīng)用

3.1  微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

    筆者在立體車庫CAN總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了上位機(jī)和節(jié)點(diǎn)的方式，上位機(jī)和節(jié)點(diǎn)之間采用CAN總線進(jìn)行通信，由于CAN具有的多主方式，使得整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)模塊都可以互相通信。但在本系統(tǒng)中，通信主要集中在上位機(jī)與節(jié)點(diǎn)之間，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間暫不進(jìn)行通信。本系統(tǒng)中的上位機(jī)由一臺計(jì)算機(jī)和一塊CAN卡組成，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)和發(fā)出控制命令；而各節(jié)點(diǎn)由單片機(jī)+CAN控制器及其它外圍電路組成，主要負(fù)責(zé)接收上位機(jī)發(fā)送的命令并執(zhí)行，同時(shí)返回一些狀態(tài)信息。圖1為本立體車庫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。

    它的核心部分是單片機(jī)和CAN總線控制器。在這里CAN總線控制器選用了與上位機(jī)相同的設(shè)計(jì)：采用PHILIPS公司的SJA1000 CAN控制器+PCA 82C250 CAN收發(fā)器組成。SJA1000 CAN控制器是PHILIPS公司新推出的CAN控制器芯片，它可以完成CAN協(xié)議所規(guī)定的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，具有完成高性能通信協(xié)議所要求的全部特性。PCA 82C250是CAN控制器SJA1000與CAN物理總線的接口器件，它提供對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力。

    而單片機(jī)，筆者選用了ATMEL公司的ATMEL 89C51單片機(jī)。
    EEPROM可用于存儲系統(tǒng)的初始化參數(shù)或者用戶自定義數(shù)據(jù)。
    EPROM用來存放程序，它也是不同設(shè)備控制器的差異所在。
    RAM用來存放微處理器在運(yùn)算、測量、控制時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要注意到兩點(diǎn)：

    (1)  總線兩端要接上120Ω的匹配電阻，以提高整個(gè)系統(tǒng)通信的可靠性和抗干擾能力。
    (2)  系統(tǒng)中的單片機(jī)時(shí)鐘由SJA1000提供（將SJA1000的時(shí)鐘信號分頻得到），以便于兩者之間同步。

3.3  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控及人機(jī)接口界面程序是在WINDOWS 98平臺上采用組態(tài)軟件iFIX編寫的，它加快了開發(fā)速度，改善了人機(jī)界面。iFIX與常用的組態(tài)軟件相比最大的優(yōu)勢在于它有強(qiáng)大的控制功能，這一點(diǎn)恰好滿足本系統(tǒng)的要求。值得一提的是iFIX內(nèi)嵌的VBA功能，VBA是Intellution Dynamics完全內(nèi)置的一個(gè)強(qiáng)有力的編輯工具，可以快速方便的生成自動的操作任務(wù)和自動化解決方案。

    CAN總線智能節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括三大部分：CAN節(jié)點(diǎn)初始化、報(bào)文發(fā)送和報(bào)文接受。

    SJA1000的初始化只有在復(fù)位模式下才可以進(jìn)行，初始化主要包括工作方式的設(shè)置、接受濾波方式的設(shè)置、接受屏蔽寄存器（AMR）和接收代碼寄存器（ACR）的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置和中斷允許寄存器（IER）的設(shè)置等。在完成SJA1000的初始化設(shè)置以后，SJA1000就可以回到工作狀態(tài)，進(jìn)行正常的通信任務(wù)。

    發(fā)送子程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送。發(fā)送時(shí)用戶只需將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合成一幀報(bào)文，送入SJA1000發(fā)送緩沖區(qū)中，然后啟動SJA1000發(fā)送即可。

    接收子程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的接收以及其他情況的處理。接收子程序比發(fā)送子程序要負(fù)責(zé)一些，因?yàn)樵谔幚斫邮請?bào)文的過程中，同時(shí)要對諸如總線關(guān)閉、錯誤報(bào)警、接收溢出等情況進(jìn)行處理。SJA1000報(bào)文的接收主要有兩種方式：中斷接收方式和查詢接收方式，考慮到本系統(tǒng)對通信的實(shí)時(shí)性要求不是很強(qiáng)，采用了查詢接收方式。

4  總結(jié)

    基于CAN控制器的應(yīng)用系統(tǒng)，由于其效率高，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離長，成本較低，以及它特有的多主方式，特別適合在中小型立體車庫的分布式控制系統(tǒng)中使用。CAN總線的應(yīng)用在我國立體車庫中才剛剛開始，相信不久以后，CAN總線的使用會越來越多，它必將會成為現(xiàn)場總線的主流應(yīng)用。