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現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-bus在現(xiàn)代化的智能樓宇中應(yīng)用

前言
隨著社會(huì)生活方式的不斷變化,科技的不斷進(jìn)步,人們要求更加人性化、智能化的生活條件。不用事必躬親,盡可能地讓智能系統(tǒng)代替手工方式,來(lái)進(jìn)行有效的管理和執(zhí)行。當(dāng)前越來(lái)越復(fù)雜的交通狀況,如行路難、停車難等問題大大降低了城市的工作和生活效率,迫使我們尋找一個(gè)能夠方便解決問題的辦法。
智能化的停車場(chǎng)便在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生了。智能停車場(chǎng)的產(chǎn)生不但規(guī)范了城市交通管理和車輛管理水平,擴(kuò)充了城市的容量,在安全防范方面也有巨大的保障,同時(shí)還能方便的和其他智能系統(tǒng)接口(如智能大廈、智能小區(qū)等),組成更完善的物流及設(shè)備管理系統(tǒng)。
  
智能停車場(chǎng)通訊現(xiàn)狀
目前停車場(chǎng)的智能化程度不一,管理也缺乏有序性,設(shè)施之間也通用性也較差,造成系統(tǒng)集成商和用戶的設(shè)備選型品種較少,實(shí)現(xiàn)的功能不全,系統(tǒng)特點(diǎn)不鮮明等不足。
按智能停車場(chǎng)的通訊方式分析,早期的一部分廠商采用了串行的RS-485總線或RS-232總線作為設(shè)備之間的通訊方式;同時(shí),有一部分先進(jìn)的廠商已經(jīng)采用了CAN-bus總線或以太網(wǎng)EtherNet作為網(wǎng)絡(luò)通訊方式。
采用RS-232方式通訊的停車場(chǎng)系統(tǒng)有非常大的局限性,只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作,中央處理器的負(fù)擔(dān)較大,不便于系統(tǒng)擴(kuò)充,可通訊距離非常短,不適于遠(yuǎn)程操作;而且,系統(tǒng)成本較高。采用RS-485總線的系統(tǒng)在整體性能上好于RS-232的系統(tǒng),因其是總線形式,方便擴(kuò)充,但是隨著停車場(chǎng)系統(tǒng)智能化程度要求越來(lái)越高,功能越來(lái)越強(qiáng),總線的節(jié)點(diǎn)越來(lái)越多的情況下,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(lái);智能停車場(chǎng)的系統(tǒng)擴(kuò)展也受到RS-485本身的制約,越來(lái)越不能適應(yīng)大中型智能停車場(chǎng)的控制需要。
先進(jìn)的的CAN-bus總線通訊系統(tǒng)是智能停車場(chǎng)的主流發(fā)展方向。使用這種工業(yè)級(jí)的通訊方式,可以保證通訊數(shù)據(jù)的可靠性、實(shí)時(shí)性;并且,實(shí)際建設(shè)中,CAN-bus總線成本和RS-485方式成本大體相當(dāng),甚至,在較大型的停車場(chǎng)系統(tǒng)中,CAN總線的整體成本還略低于RS-485系統(tǒng)。由于CAN總線容錯(cuò)性能好,可以大大降低后期的維護(hù)、維修、擴(kuò)充成本。但是,目前的智能停車場(chǎng)多數(shù)采用了CAN-bus總線和RS-232、RS-485通訊混合使用的方式,在一定程度上會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不平衡,限制了CAN-bus總線發(fā)揮最大限度的性能優(yōu)勢(shì)。
下面將以CAN-bus總線組建的停車場(chǎng)收費(fèi)和管理系統(tǒng)為例,介紹一整套的智能停車場(chǎng)改進(jìn)方案,從而體現(xiàn)出CAN-bus總線的整體優(yōu)勢(shì)。
  
智能停車場(chǎng)CAN-bus方案
1、CAN-bus簡(jiǎn)介
CAN(Controller Area Network)總線最早由德國(guó)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(guó)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。
  
2、總體介紹
通訊方案涉及了停車場(chǎng)的幾乎所有的控制功能,包括進(jìn)出口控制、遠(yuǎn)程控制、車場(chǎng)導(dǎo)向、車場(chǎng)車位自動(dòng)檢測(cè)、車場(chǎng)智能燈光控制。方案中不包含音頻、視頻的傳輸,因?yàn)橐纛l、視頻的傳輸一般是與控制總線分開的。
整個(gè)系統(tǒng)中,通訊主干線僅為一條雙絞線,各個(gè)通訊終端的控制器直接連接到總線上;并且,各個(gè)控制器在網(wǎng)絡(luò)中的地位可以是平等的,就是說(shuō)沒有“主機(jī)”和“從機(jī)”的概念,任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸,避免了采用RS-485的主機(jī)輪詢方式,從而保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。在CAN-bus總線上,既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)-點(diǎn)之間的通訊,也可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)廣播方式的通訊,實(shí)時(shí)性和靈活性都可以得到良好的保證。
例如,車位探測(cè)器可以根據(jù)車場(chǎng)內(nèi)車的進(jìn)出變化,直接傳輸空位數(shù)量到車位顯示器顯示出來(lái);而不必先傳輸?shù)焦芾頇C(jī)上,再由管理機(jī)傳到車位顯示器。當(dāng)然管理機(jī)也可以接收到該信息,用于數(shù)據(jù)庫(kù)記錄。
智能停車場(chǎng)的通訊距離受CAN-bus總線的波特率制約;在20Kbps通訊速率時(shí),可以在達(dá)到3KM的通訊距離(使用同一條雙絞線),能夠滿足絕大部分需求。
本方案中,按照位置的不同,將停車場(chǎng)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分:車輛的進(jìn)出口控制、車場(chǎng)內(nèi)部控制。
  
3、車輛的進(jìn)出口控制
車輛的進(jìn)出口控制部分主要功能是車輛進(jìn)出的管理、收費(fèi)、出票和顯示等。系統(tǒng)的布線結(jié)構(gòu)如圖1所示。
系統(tǒng)中的CAN-bus網(wǎng)絡(luò)采用直線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),各設(shè)備節(jié)點(diǎn)通過(guò)支線連接在CAN-bus主線上。在車場(chǎng)入口處,當(dāng)?shù)馗袡z測(cè)到有車輛經(jīng)過(guò)時(shí),入口控制器向計(jì)算機(jī)管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào),請(qǐng)求啟動(dòng)整個(gè)管理系統(tǒng)(此前系統(tǒng)處于休眠狀態(tài),以節(jié)約能源),使系統(tǒng)立即進(jìn)入工作模式。入口控制器通過(guò)射頻或GPRS方式讀取車輛的電子卡信息,并通過(guò)CAN-bus總線傳到管理計(jì)算機(jī)上,并與攝像機(jī)取得的車輛信息(車型、車牌等)相對(duì)照,如果是“合法”用戶則打開道閘、點(diǎn)亮綠色交通燈,允許車輛通過(guò)。當(dāng)?shù)篱l處地感檢測(cè)車輛已通過(guò),并且入口處地感未檢測(cè)到有新的車輛進(jìn)入,則仍由入口控制器向計(jì)算機(jī)管理節(jié)點(diǎn)報(bào)告系統(tǒng)空閑,可以進(jìn)入休眠模式。其他功能,比如出口控制器、收費(fèi)功能等,都可以按同一方式管理。
系統(tǒng)中,管理節(jié)點(diǎn)采用安裝PC-CAN接口卡的通用PC機(jī),與安裝在各個(gè)位置的終端功能設(shè)備進(jìn)行通訊。常用的PC-CAN接口卡有:PCI-CAN接口卡、ISA-CAN接口卡、USBCAN接口卡、PC104-CAN接口卡、EtherNet-CAN接口卡或并口CAN接口卡等,可以根據(jù)系統(tǒng)的通訊要求而進(jìn)行合理選擇。
  
4、車場(chǎng)內(nèi)部控制
車場(chǎng)內(nèi)部控制部分主要功能是車輛導(dǎo)向、空位檢測(cè)和照明控制等。
如圖2所示,圖中車場(chǎng)分為4個(gè)停車區(qū)域:A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)和D區(qū)。4個(gè)區(qū)的區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)一安置在車場(chǎng)入口處,指示區(qū)域的方向和當(dāng)前所剩的空位數(shù)。該區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)由一個(gè)控制器控制,帶一個(gè)CAN-bus總線接口。


圖 2  車場(chǎng)內(nèi)部CAN-bus布線及結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)有車輛或車主進(jìn)出某一個(gè)相關(guān)區(qū)域的時(shí)候,該區(qū)域的照明才點(diǎn)亮,在車輛或車主離開后,燈自動(dòng)熄滅,并且和當(dāng)前進(jìn)出不相關(guān)區(qū)域的照明燈將不會(huì)點(diǎn)亮,這樣可以最大限度的節(jié)約能源,延長(zhǎng)設(shè)備壽命,這在較大型停車場(chǎng)中的作用會(huì)更加突出。
在車輛進(jìn)出后,車場(chǎng)的停車數(shù)量發(fā)生變化,系統(tǒng)可以及時(shí)地探測(cè)到這個(gè)變化并向主控制器和區(qū)位引導(dǎo)指示牌報(bào)告,使其刷新當(dāng)前的記錄和顯示。
這一個(gè)系統(tǒng)中,使用CAN-bus總線方式進(jìn)行通訊,網(wǎng)絡(luò)顯得非常簡(jiǎn)單、可靠,如圖2所示。每個(gè)停車區(qū)有一個(gè)單獨(dú)的區(qū)控制器,均帶CAN-bus接口,用于管理該區(qū)的照明和車位檢測(cè)。按圖中所示,紅線是照明線,通過(guò)區(qū)控制器來(lái)直接控制該區(qū)燈的亮滅。綠線是單總線,用于和車位探測(cè)器通訊,與CAN-bus總線一起,構(gòu)成一個(gè)方便的二級(jí)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然,車位探測(cè)器的網(wǎng)絡(luò)組建也可以使用CAN-bus方式來(lái)實(shí)現(xiàn),基本上不會(huì)受到車位數(shù)量的制約,且可以方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、故障定位等眾多特定功能。
  
系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
上述兩個(gè)部分相連接,可以形成一個(gè)完整的智能停車場(chǎng)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)中,不僅可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守,還能和其他的CAN-bus系統(tǒng)連接,如物業(yè)管理中心、小區(qū)調(diào)度中心等,方便整個(gè)系統(tǒng)的管理。
采用CAN-bus總線,也為定制通訊協(xié)議、設(shè)計(jì)軟件提供了非常明顯的優(yōu)勢(shì),使系統(tǒng)的整體性能得到提升。同時(shí),采用CAN-bus總線可以大幅度降低整個(gè)智能停車場(chǎng)在設(shè)備擴(kuò)展、系統(tǒng)升級(jí)、終端維護(hù)方面所投入的成本。而且,越是大型的智能停車場(chǎng)系統(tǒng),采用CAN-bus總線的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯――功能好,成本低,節(jié)省管理與維護(hù)成本。
實(shí)踐證明,采用CAN-bus總線在智能停車場(chǎng)的運(yùn)行中可以獲得良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)利益。
CAN-bus總線已經(jīng)成功運(yùn)行在國(guó)內(nèi)多個(gè)智能停車場(chǎng)、車場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)、車輛管理所、車輛收費(fèi)站等場(chǎng)合。這也是國(guó)內(nèi)眾多通訊控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可靠、自動(dòng)化運(yùn)行、無(wú)人值守的發(fā)展方向。