［摘 要］ 隨著城市化進程的加快，城市人口越來越多，城市土地資源越來越緊缺，因此現(xiàn)代住宅小區(qū)樓房逐漸由多層建筑轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔咏ㄖ?，二三十層的樓房越來越普遍，因此智能小區(qū)對講系統(tǒng)單元內(nèi)總線需要傳輸距離遠、實時性好。CAN總線可靠性高、通信距離遠、速度快、價格便宜，能滿足現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)的需要，在自動化控制領域得到廣泛應用。

［關(guān)鍵詞］ CAN； 協(xié)議； 可視對講

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 09. 053

［中圖分類號］ TP273+.5 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1673 - 0194（2012）09- 0087- 02

1 前 言

ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，控制器局域網(wǎng)）是目前國際上應用最廣泛的一種開放式現(xiàn)場總線。ＣＡＮ總線可靠性高、通信距離遠、速度快、價格便宜，能滿足現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)的需要，在自動化控制領域得到廣泛應用。其主要特點是：

（1） ＣＡＮ總線采用獨特的非破壞性仲裁技術(shù)。ＣＡＮ網(wǎng)絡上節(jié)點信息被分成不同的優(yōu)先級，網(wǎng)絡中不同節(jié)點同時進行通信時，這些節(jié)點都會通過ＣＡＮ總線發(fā)送信息。為避免通信沖突，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，總線總是選擇優(yōu)先級最高的節(jié)點先傳送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級低的節(jié)點則主動退出發(fā)送?？梢姡茫粒慰偩€采用的這種獨特仲裁技術(shù)能夠滿足系統(tǒng)實時性要求，不管網(wǎng)絡負載多大，都不會出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓的情況。

（2） ＣＡＮ總線為多主總線，網(wǎng)絡中各節(jié)點地位平等，網(wǎng)絡中任意一個節(jié)點可隨時隨地向其他任意一個或多個節(jié)點發(fā)送信息，還能進行全局廣播。ＣＡＮ總線這種靈活的數(shù)據(jù)收發(fā)方式使用戶在設計系統(tǒng)時有很大的靈活性，具有很高的實時性，能滿足本系統(tǒng)需求。

（3） ＣＡＮ網(wǎng)絡具有完善的錯誤處理機制。ＣＡＮ的每幀信息有效字節(jié)數(shù)最多為８個，并且均采用ＣＲＣ校驗，ＣＡＮ節(jié)點能夠判斷節(jié)點出現(xiàn)的錯誤是暫時擾動還是永久性故障，標注已損壞的報文，當故障計數(shù)超過２５５時，該節(jié)點自動脫離總線網(wǎng)絡。這使得該故障影響的范圍只是該節(jié)點，不會影響到網(wǎng)絡上其他節(jié)點的通信。

（4） 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，可選擇余地大，且具有較好的抗干擾能力，最大傳輸距離可達１０千米。

（5） ＣＡＮ總線采用幀編碼的形式。ＣＡＮ模塊的接收和發(fā)送是以幀為單位的，這提高了系統(tǒng)的工作效率。

（6） ＣＡＮ是到目前為止唯一有國際標準的現(xiàn)場總線。

2 ＣＡＮ網(wǎng)絡節(jié)點的硬件電路設計

一個ＣＡＮ協(xié)議定義了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，沒有定義應用層，針對具體問題，用戶可自己定義應用層。在該可視對講系統(tǒng)中，一個ＣＡＮ節(jié)點硬件主要由主控芯片、ＣＡＮ控制器、ＣＡＮ收發(fā)器３個部分組成，這3個部分分別對應ＣＡＮ通信協(xié)議的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。

2.１ 主控芯片

主控芯片通常為單片機，實現(xiàn)了ＣＡＮ通信協(xié)議的應用層，主要負責ＣＡＮ控制器的初始化和收發(fā)控制以及ＣＡＮ節(jié)點功能的實現(xiàn)。

該系統(tǒng)中的主控芯片選擇了ＳＳＴ公司的ＳＳＴ８９Ｅ５１６ＲＤ作為處理器。它是通用的８位單片機，是８０５１系列兼容的控制器。

2.２ ＣＡＮ控制器

中間層為ＣＡＮ總線控制器。ＣＡＮ控制器硬件實現(xiàn)了整個ＣＡＮ總線協(xié)議控制的信息幀的接收和發(fā)送，包括對數(shù)據(jù)幀進行處理：打包、解包、錯誤界定，以及發(fā)送出現(xiàn)錯誤時的重發(fā)控制。

在該可視對講系統(tǒng)中，ＣＡＮ的通信協(xié)議主要由ＣＡＮ控制器完成。ＣＡＮ控制器主要由ＣＡＮ的通信協(xié)議和與微處理器連接的電路組成。該系統(tǒng)采用ＭＣＰ２５１０，ＭＣＰ２５１０是一款控制器局域網(wǎng)絡（ＣＡＮ）協(xié)議控制器芯片，是由 Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司生產(chǎn)的并帶有ＳＰＩ接口的一種控制器芯片。ＭＣＰ２５１０傳輸數(shù)據(jù)的速度最高達到５ＭB／ｓ ，它完全符合ＣＡＮ技術(shù)規(guī)范Ｖ２．０Ａ和Ｖ２．０Ｂ，能夠收發(fā)標準的以及擴展的報文，它還同時具備驗收過濾以及報文管理功能。該器件內(nèi)部含有3個發(fā)送緩沖器、2個接收緩沖器，減少了單片機的負擔。同時還具有靈活的中斷管理能力、幀屏蔽與過濾、幀優(yōu)先級設定等功能，這些特點使得ＭＣＵ對ＣＡＮ總線的操作變得非常簡便。ＭＣＰ２５１０內(nèi)含６個接收過濾器和２個接收過濾屏蔽器，在實際應用時具有較大的靈活性。

2.３ ＣＡＮ收發(fā)器

最底層為ＣＡＮ收發(fā)器，主要實現(xiàn)ＣＡＮ總線接口電平和ＣＡＮ控制器接口電平的轉(zhuǎn)換。ＣＡＮ控制器ＭＣＰ２５１０只是ＣＡＮ協(xié)議控制器，它的ＣＡＮ總線輸入輸出是ＴＴＬ電平５Ｖ，是不能直接掛載在ＣＡＮ總線上的，需要通過ＣＡＮ收發(fā)器將ＣＡＮ總線電平轉(zhuǎn)為接收的ＴＴＬ電平，將發(fā)送的ＴＴＬ電平轉(zhuǎn)為ＣＡＮ總線電平。設計中選用了ＭＣＰ２５５１作為ＣＡＮ收發(fā)器。

ＣＡＮ總線一般是鋪設在室外，容易受到雷擊的破壞，設計中增加了兩個ＴＶＳ管——Ｐ６ＫＥ６８ＣＡ做防雷ＥＭＩ，在ＭＣＰ２５１０和ＭＣＰ２５５１之間增加了兩個光耦——６Ｎ１３７做總線隔離，有效地保護了ＣＡＮ控制器和主控單片機。ＣＡＮ的接口電路如圖1所示。

3 ＣＡＮ通信系統(tǒng)介紹

智能小區(qū)對講系統(tǒng)對講過程的進行是靠主叫方和被叫方之間不斷交換控制信息完成的?？刂菩畔⑹请p方必須遵守的協(xié)議。

通過通信信道和設備互連起來的多個不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，要使其能協(xié)同工作實現(xiàn)信息交換和資源共享，它們之間必須具有共同的語言。交流什么、怎樣交流及何時交流，都必須遵循某種互相都能接受的規(guī)則。這個規(guī)則就是通信協(xié)議。通信協(xié)議在軟件中是以一定數(shù)量的字節(jié)組成的幀數(shù)據(jù)，幀中的每個字節(jié)具有不同的意義。

通過上面對于對講過程的分析可知，對講協(xié)議的內(nèi)容包括對講命令主要有“呼叫”、“等待”、“占線”、“開始”和“結(jié)束”。另外為了小區(qū)對講系統(tǒng)設備的辨識，定義了設備的地址，分為樓號、單元號、房間號。因此通信協(xié)議中加入了源地址、目的地址。

另外為了增加系統(tǒng)的容錯性，提高抗干擾能力，在協(xié)議幀的最后加入了ＣＲＣ１６的校驗。ＣＲＣ即循環(huán)冗余校驗碼（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ），是數(shù)據(jù)通信領域中最常用的一種差錯校驗碼，其特征是信息字段和校驗字段的長度可以任意選定。

因此智能小區(qū)對講系統(tǒng)的對講協(xié)議定為５幀９個字節(jié)的數(shù)據(jù)幀。每幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表１。

通信過程中，發(fā)送方首先構(gòu)建信息幀前７個字節(jié)，包括對講命令、目的地址、源地址，然后對信息幀的０～６字節(jié)進行ＣＲＣ數(shù)學運算，得到１６位的ＣＲＣ１６校驗數(shù)值，將ＣＲＣ１６校驗數(shù)值的高字節(jié)存儲在信息幀的第７字節(jié)，將ＣＲＣ１６校驗數(shù)值的低字節(jié)存儲在信息幀的第８字節(jié)，然后將９個字節(jié)依次在總線上發(fā)出。

接受方每次接收９個字節(jié)，接收完一幀信息后對信息幀的０～６字節(jié)進行ＣＲＣ數(shù)學運算，得到１６位的ＣＲＣ１６校驗數(shù)值， 將ＣＲＣ１６校驗數(shù)值的高字節(jié)和信息幀的第７字節(jié)比較，如果相等，則比較ＣＲＣ１６校驗數(shù)值的低字節(jié)和信息幀的第８字節(jié)，如果也相等，說明此次接收到的數(shù)據(jù)是有效數(shù)據(jù)，反之此次接收的數(shù)據(jù)無效。

一共定義了５個對講命令：“呼叫”、“等待”、“占線”、“開始”和“結(jié)束”。隨著對講功能的完善，系統(tǒng)的增加，對講協(xié)議可以不斷擴充。

4 結(jié)束語

在樓宇可視對講系統(tǒng)中，借用了比較成熟的ＣＡＮ總線，把不同地理位置的設備連接到一起，實現(xiàn)了門禁系統(tǒng)的功能。在樓宇自動化發(fā)展過程中，可視對講系統(tǒng)的智能化發(fā)展越來越規(guī)范，逐步實現(xiàn)硬件的標準化和模塊化，方便安裝；軟件的兼容性，使系統(tǒng)既要易于使用，還要方便安裝和維護，更要有利于擴展和升級。

主要參考文獻

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