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本文主要介紹了現(xiàn)場總線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，通過一些實際應(yīng)用案例的分析，說明選擇現(xiàn)場總線CAN-bus后整個系統(tǒng)所增加的運行效益。 |
| 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計算機、Automatic Control自動控制、Communication通訊、IC Card智能卡），建立一個由服務(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)，對各種信息實現(xiàn)全面、實時、有效地接收、傳遞、采集和監(jiān)控。為住戶提供一個安全、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)、停車場智能管理系統(tǒng)、全自動遠程集中抄表系統(tǒng)、物業(yè)收費自動查詢催收系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)、火災(zāi)報警與消防聯(lián)動控制系統(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，并在很大程度上影響到整個小區(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)測控制通訊”的通訊方式是本文討論的重點。 |
| 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)的實時性差、通訊的可靠性低、后期維護成本高、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護費用。雖然許多工程師、生產(chǎn)廠商等提出了改進的方法和建議，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)場總線CAN-bus的特點：
1、國際標準的工業(yè)級現(xiàn)場總線，傳輸可靠，實時性高；
2、傳輸距離遠（最遠10Km），傳輸速率快（最高1Mbps）；
3、單條總線最多可接110個節(jié)點，并可方便的擴充節(jié)點數(shù)；
3、總線上各節(jié)點的地位平等，不分主從，突發(fā)數(shù)據(jù)可實時傳輸；
4、非破壞總線仲裁技術(shù)，可多節(jié)點同時向總線發(fā)數(shù)據(jù)，總線利用率高；
5、出錯的CAN節(jié)點會自動關(guān)閉并切斷和總線的聯(lián)系，不影響總線的通訊；
6、報文為短幀結(jié)構(gòu)并有硬件CRC校驗，受干擾概率小，數(shù)據(jù)出錯率極低；
7、對未成功發(fā)送的報文，硬件有自動發(fā)功能，傳輸可靠性很高；
8、具有硬件地址濾波功能，可簡化軟件的協(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)簡單，性價比極高。 |
| 實現(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)的各類檢測控制系統(tǒng)（如：電子巡更系統(tǒng)、智能停車場系統(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)以家庭為主要對象，每戶一個家庭主機，接收來自樓梯入口處（梯口門禁機）、小區(qū)門口（區(qū)口門禁機）處和小區(qū)管理中心（中心管理機）的各類視頻、音頻和控制信息，同時向小區(qū)管理中心發(fā)送當(dāng)前室內(nèi)狀況信號，并可實時報告突發(fā)事件。 |
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圖 1 基于CAN-bus總線的家庭主機主要功能圖 |
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電梯口門禁機、小區(qū)口門禁機帶攝像功能，還可以支持各種智能卡、密碼開門，同時能和中心管理機進行報警等通訊。中心管理機可實現(xiàn)主動呼叫用戶、信息的群發(fā)、對講、監(jiān)看、接收報警和提示等等管理功能。
系統(tǒng)里的各個控制設(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總線的特點在原有的RS-485總線接口設(shè)備的基礎(chǔ)上擴展更多有用的功能，而使整個小區(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，可以沒有主機和從機的概念，各設(shè)備平時只處理當(dāng)?shù)氐墓δ�，而不必一直去查詢其他的設(shè)備，總線處于空閑狀態(tài)；當(dāng)其中一個或者是多個設(shè)備需要通訊或有突發(fā)事件，都可以主動向總線發(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。總體上說則是加強整個系統(tǒng)的實時性、合理性。
CAN-bus總線采用兩線的差分信號傳輸（CANH和CANL）。通訊介質(zhì)采用普通的雙絞線即可，價格低，選材方便，布線簡潔。網(wǎng)絡(luò)一般采用直線拓撲結(jié)構(gòu)，在總線的兩個端點各接一個終端電阻。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“小區(qū)進出口”車輛進出的智能停車場管理系統(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)的一個端點，并按照從近到遠的原則經(jīng)過每個樓前和進出口的CAN-bus中繼器或CAN-bus集線器，最終將“小區(qū)會所”連接的集線器作為小區(qū)主線的另一個端點。 |
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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。這就形成了一個完整的小區(qū)CAN總線實現(xiàn)方案的布線結(jié)構(gòu)。
系統(tǒng)中用到的CAN-bus工具簡單介紹如下，“CAN-bus 接口卡”是基于PC和各工控機的各種接口類型（如：PCI、ISA、USB、RS-232、PC-104等接口）的帶CAN-bus接口的卡，這樣計算機就可以方便的成為一個CAN-bus總線的管理節(jié)點�！�CAN-bus中繼器”功能是延長通訊距離，擴充網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)，將一條CAN-bus總線距離和節(jié)點數(shù)成倍增長。 CAN-bus集線器”的功能是延長通訊距離，擴充CAN-bus網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(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，對居住環(huán)境的要求不斷提高，加上近年來計算機和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能化以極快的步伐進入到住宅小區(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)的進步。
開放的CAN-bus具有優(yōu)越簡潔等諸多特點，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)有機的連接在一起，徹底的實現(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效益、經(jīng)濟利益，有效地降低了設(shè)備投入成本，節(jié)省了管理維護成本。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，在眾多小區(qū)的消防系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)中，由于對網(wǎng)絡(luò)的實時性、可靠性、性價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)一實現(xiàn)的形勢。
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