CAN總線在家庭智能化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

O 引言
家庭智能控制系統(tǒng)的主要功能集中在家庭安全報(bào)警、電話或電腦遠(yuǎn)程控制、紅外遙控、自動(dòng)抄表控制、燈光和濕度控制等方面。根據(jù)智能終端設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)和功能的不同可以把它分成兩類子網(wǎng)，一類是傳輸數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)量小、速率低的家庭自動(dòng)化控制設(shè)備；另一類是傳輸多媒體信息、(視頻、音頻信號(hào))，信號(hào)量大、速率快，如視頻會(huì)議、音頻點(diǎn)播等。家庭智能終端設(shè)備可以采用總線結(jié)構(gòu)組建成有線子網(wǎng)和無線子網(wǎng)，因各設(shè)備分布在家中不同的地方，對(duì)于組建成有線子網(wǎng)布線比較復(fù)雜，但是如果采用PLC與CAN總線構(gòu)建成網(wǎng)絡(luò)，將降低成本。
CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng))是德國Bosch公司在20世紀(jì)80年代初為汽車檢測(cè)控制而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，它是一種多主機(jī)總線，通訊介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通訊速率為1Mb／s。CAN總線具有卓越的性能，極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。

1 家庭智能化控制系統(tǒng)的組成
家庭智能化控制系統(tǒng)是電視、洗衣機(jī)、空調(diào)及水表、電表、燃?xì)獗淼仍O(shè)備的指揮通信和信息管理的核心，主要功能是與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)傳通信，接收各種控制口令，完成對(duì)相應(yīng)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。
控制系統(tǒng)中凡具有嵌入式微處理器或微計(jì)算機(jī)的單體均通過CAN總線相互連接。組成分布式局部網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息資源共享。這種設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：減少了通信端口、連接電纜；抗干擾能力強(qiáng)；配置靈活、系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí)方便；調(diào)試簡(jiǎn)單，檢修方便。
由CAN總線組成的家庭智能化控制系統(tǒng)原理如圖1所示。

2 PLC與CAN總線的連接
現(xiàn)以GE FANUC系列90 PLC為例，給出一個(gè)PLC與CAN總線的連接方案。
GE系列90 PLC都帶有經(jīng)轉(zhuǎn)換的RS 232串行通訊口，編程計(jì)算機(jī)通過此串口與PLC進(jìn)行通訊和編程。RS 232標(biāo)準(zhǔn)電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3～+15V之間的任意電平為邏輯“0”電平，-3～-15V之間的任意電平為邏輯“1”電平。而CAN信號(hào)則使用差分電壓傳送，兩條信號(hào)線稱為“CAN _H”和“CAM_L”，靜態(tài)時(shí)均為2．5 V左右，此時(shí)的狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”；用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”，稱為“顯性”。顯性時(shí)，通常電壓值為：CAN_H=3．5V，CAN_L=1．5V。
RS 232串口的幀格式為：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位可編程的第9位(此位為發(fā)送和接收的地址／數(shù)據(jù)位)，1位停止位。而CAN的數(shù)據(jù)幀格式為：幀信息+ID+數(shù)據(jù)(可分為標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀兩種格式)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)就需要有一個(gè)微控制器來實(shí)現(xiàn)電平和幀格式等的轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換方式如圖2所示。