现场总线CAN-bus在智能楼宇中的应用

　　本文主要介绍了现场总线CAN-bus在现代化的智能楼宇、小区安防中的应用方法。并且，通过一些实际应用案例的分析，说明选择现场总线CAN-bus后整个系统所增加的运行效益。

　　智能小区 

　　通常所谓的智能小区技术即是在住宅小区内采用4C技术（Computer计算机、Automatic Control自动控制、Communication通讯、IC Card智能卡），建立一个由服务管理中心、接入网和家庭智能化系统组成的信息集成网络系统，对各种信息实现全面、实时、有效地接收、传递、采集和监控。为住户提供一个安全、舒适、便捷、节能、高效的生活环境。
　　小区智能化系统，通常包括智能家居系统、安全防范系统、一卡通系统、停车场智能管理系统、全自动远程集中抄表系统、物业收费自动查询催收系统、楼宇自控系统、火灾报警与消防联动控制系统等。安防系统和消防系统是至关重要的，应符合相应的行业规范。
　　在整个小区系统越来越大、功能越来越多的情况下，各系统之间和系统内部起连接作用的通讯（Communication）系统环节的作用和重要性日益增强，并在很大程度上影响到整个小区系统的性能。
　　通讯系统也根据功能分为：监测控制通讯、音频与视频通讯、电信通讯、互联网等。其中“监测控制通讯”的通讯方式是本文讨论的重点。

　　CAN-bus总线

　　以前绝大部分的智能楼宇系统的数字量、信号控制与采集的通讯都是采用RS-485总线，但是由于RS-485的总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等不足和缺陷逐渐体现出来，越来越不能适应大中型智能楼宇的控制需要，并且带来更多的成本和维护费用。虽然许多工程师、生产厂商等提出了改进的方法和建议，但都不能从根本上解决RS-485这些先天性的问题。所以，采用更好性能的通讯系统的措施势在必行。
　　CAN（Controller Area Network）总线最早由德国BOSCH公司提出，主要用于汽车内部测量与控制中心之间的数据通信。由于其良好的性能，在世界范围内广泛应用于其他领域当中，如工业自动化、汽车电子、楼宇建筑、电梯网络、电力通讯和安防消防等诸多领域，并取逐渐成为这些行业的主要通讯手段。
　　现场总线CAN-bus的特点：
　　1、国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；
　　2、传输距离远（最远10Km），传输速率快（最高1Mbps）；
　　3、单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数；
　　3、总线上各节点的地位平等，不分主从，突发数据可实时传输；
　　4、非破坏总线仲裁技术，可多节点同时向总线发数据，总线利用率高；
　　5、出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯；
　　6、报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低；
　　7、对未成功发送的报文，硬件有自动发功能，传输可靠性很高；
　　8、具有硬件地址滤波功能，可简化软件的协议编制；
　　9、通讯介质可用普通的双绞线、同轴电缆或光纤等；
　　10、CAN-bus总线系统结构简单，性价比极高。

　　实现原理

　　在此，以小区的门禁系统（带多防区）之间的通讯为例，来代表小区的各类检测控制系统（如：电子巡更系统、智能停车场系统、小区电子告示牌广告牌）的系统互联的可操作模式。

　　系统设备 

　　小区门禁系统以家庭为主要对象，每户一个家庭主机，接收来自楼梯入口处（梯口门禁机）、小区门口（区口门禁机）处和小区管理中心（中心管理机）的各类视频、音频和控制信息，同时向小区管理中心发送当前室内状况信号，并可实时报告突发事件。

图 2 　基于CAN-bus总线的小区主线布线结构图

　　小区的主线布线如图2所示。图中有“管理中心”和“小区会所”，其他1～7栋则是小区住宅，纳入CAN-bus总线系统的还有两个“小区进出口”车辆进出的智能停车场管理系统，小区的其他管理设备也可直接连接CAN-bus总线，统一管理。主线从小区“管理中心”引出，该处作为直线网络的一个端点，并按照从近到远的原则经过每个楼前和进出口的CAN-bus中继器或CAN-bus集线器，最终将“小区会所”连接的集线器作为小区主线的另一个端点。 

图 3　基于CAN-bus总线的每单元布线结构图 

　　每栋楼的每单元的布线和网络结构如图3所示。每单元只需要一条双绞线作为单元主线，该主线直接引至和其他单元共用的CAN集线器，家庭主机的支线直接挂接在主线上（CANH接主线的CANH，CANL接CANL）。
　　每栋楼每单元的单元主线通过CAN集线器和小区主线相连，避免了小区主线直接作为单元主线使用而浪费大量CAN总线线材。每户的CAN总线支线则直接挂接在单元总线上。这就形成了一个完整的小区CAN总线实现方案的布线结构。
　　系统中用到的CAN-bus工具简单介绍如下，“CAN-bus 接口卡”是基于PC和各工控机的各种接口类型（如：PCI、ISA、USB、RS-232、PC-104等接口）的带CAN-bus接口的卡，这样计算机就可以方便的成为一个CAN-bus总线的管理节点。“CAN-bus中继器”功能是延长通讯距离，扩充网络节点数，将一条CAN-bus总线距离和节点数成倍增长。　CAN-bus集线器”的功能是延长通讯距离，扩充CAN-bus网络节点数，节约CAN-bus总线的通讯线材，将多条CAN-bus总线集成为一条传输线；和CAN-bus中继器的区别是，CAN-bus集线器可以将多条总线的信息汇总到一条总线方便传输。

　　结论

　　随着人们生活水平的提高，对居住环境的要求不断提高，加上近年来计算机和信息产业的发展，智能化以极快的步伐进入到住宅小区和家庭中。并且在智能化的要求越来越高、智能化系统越来越庞大、家居环境舒适度越来越高的情况下。老一代的通讯系统已跟不上整体技术的进步。
　　开放的CAN-bus具有优越简洁等诸多特点，使得CAN-bus总线设备和CAN-bus总线系统的更加智能化。CAN-bus总线完全可以将智能小区和智能楼宇的所有控制系统有机的连接在一起，彻底的实现分布管理、集中控制。并能有效的控制系统的成本投入，减少工程的后期维护和维修。
　　目前，国内已经有一些大型高档住宅小区采用CAN-bus总线作为小区的控制管理网络，并且取得了良好的社会效益、经济利益，有效地降低了设备投入成本，节省了管理维护成本。比如，上海地区的AN-KE电子公司、上海真理电子公司等多家企业都已经成功地将建立了基于CAN-bus总线的智能小区管理网络。
　　同时，在众多小区的消防系统、电梯系统中，由于对网络的实时性、可靠性、性价比等方面提出了很高的要求，这些领域基本上已经形成CAN-bus网络统一实现的形势。