基于CAN-bus 總線的海關車場設備網方案
加入技術交流群
CAN-bus 是國際上應用最廣泛的現場總線之一，被廣泛應用于歐洲的中高檔汽車中，用作ECU 單元的串行數據傳輸網絡；近幾年來，CAN-bus 開始進入中國各個行業(yè)的數據通訊應用，并于2002 年被確定為電力通訊產品領域的國家標準，正被大家逐漸重視。
與RS-485 類似，CAN-bus 網絡使用普通雙絞線作為傳輸介質，采用直線拓樸結構，單條網絡線路至少可連接110 個節(jié)點，網絡總長度最大可達10 公里（使用標準CAN 收發(fā)器PCA82C250/251 芯片）。在CAN-bus 網絡中，數據收發(fā)、硬件檢錯均由CAN 控制器硬件完成，大大增強了CAN-bus 網絡的抗電磁干擾能力，即由硬件來保證CAN-bus 網絡運行的可靠性。據國際CiA 協會統(tǒng)計，2001 年僅在歐洲就銷售了超過1 億個CAN-bus 節(jié)點，幾乎淘汰了歐洲所有的RS-485 系統(tǒng)。目前，國內的汽車、電梯行業(yè)已是CAN-bus 應用的典型領域，工業(yè)控制、智能樓宇、煤礦設備等行業(yè)也是日見更多型號的應用CAN-bus 總線設備與產品。
CAN-bus 總線的優(yōu)點：可靠性高，可以支持硬件節(jié)點的即插即用；故障節(jié)點可自動關閉，不影響其他網絡節(jié)點；采用芯片硬件ID 方式管理網絡，故障節(jié)點界定十分方便，網絡維護成本比較低。
CAN-bus 總線的適用范圍：可適用于節(jié)點數目很多，傳輸距離在10 公里以內，安全性要求高的場合；也可適用于對實時性、安全性要求十分嚴格的機械控制網絡。CAN-bus 總線不適合于有大量數據需要傳輸（比如視頻/音頻信號）的場合。
1.2 現場的應用需求
一般情況下，海關的車場需要組建2 個信息與控制網絡，分別對應車場的進口車道、車場的出口車道進行設備管理。其中，每個進口車道管理6～9 個設備，每個出口車道管理4～8個設備。
舉例說明，進口車道主要由以下一些設備組成：
●地磅：檢測車輛的載重信息，具有RS-485 通訊接口。地磅屬于主動發(fā)送數據設備，大約每170 毫秒向服務器發(fā)送17 字節(jié)的數據，屬于小數據量設備。
●起落桿：控制車輛是否放行，具有RS-485 通訊接口。起落桿屬于被動發(fā)送數據設備，服務器每隔1 秒發(fā)送一個控制命令。屬于小數據量設備。
●電子關鎖：海關專用設備，具有RS-232 通訊接口。電子關鎖屬于被動發(fā)送設備，服務器每隔100 毫秒向電子關鎖發(fā)送控制命令，總共兩個命令類型：施封和解封。屬于小數據量設備。
●電子車牌：檢測通關車輛的身份信息與司機身份信息，具有RS-232 通訊接口。電子車牌屬于被動發(fā)送設備。一般通過調用設備廠商提供的動態(tài)庫接口向電子車牌設備發(fā)送讀取數據命令，周期為100 毫秒，每次通訊數據約在300～2000 字節(jié)，數據流量比較大，屬于大數據量設備。
●海關通關儀：海關專用設備，集成顯示、語音、鍵盤接口，具有2～3 個RS-232 通訊接口。
●條碼閱讀器：讀取條碼信息，具有RS-232 通訊接口。
●IC 卡讀卡器：讀取IC 卡信息，具有RS-232 通訊接口。
傳統(tǒng)的海關車場設備網一般采用“以太網EtherNet+多串口服務器”方案，采用2 級網絡方式。其網絡拓樸結構如下圖所示：
傳統(tǒng)的海關車場設備網采用“以太網EtherNet＋RS-232”方式實現設備之間的通訊，是基于“點DD點”的通訊模式。由于網絡中所連接設備的數據流量不一致性，容易引起網絡數據阻塞；而且，利用以太網（EtherNet）方式組建網絡的成本比較高，需要對網絡及運行設備增加多級保護措施，以適應長期工作的惡劣環(huán)境。
新一代CAN-bus 總線技術的成熟應用，可以在海關車場設備網的建設中減少網絡布線，有效降低設備成本，并能夠提高通訊效率。利用CAN-bus 總線技術建設的海關車場設備網具備更好的實時性、穩(wěn)定性，以及更強的抗干擾能力，且可以適合非常嚴苛的工作環(huán)境。
1.3 CAN-bus 實施方案
下面簡要地介紹采用CAN-bus 總線建立的海關車場設備網方案。
1.3.1 網絡拓撲結構
在基于CAN-bus 總線的海關車場設備網中，每一個車場設備都被分配了一個網絡中唯一的ID 設備號，且都通過CAN232MB 智能協議轉換器或CAN485MB 智能協議轉換器連接至CAN-bus 總線。
考慮連接車場設備的數量、通訊數據流量、通訊距離等因素，服務器PC 上可以安裝1～8塊PCI-9840 四路高速CAN 接口卡。通常情況，一路CAN-bus 通道可以最多連接100 個CAN-bus 節(jié)點，每塊PCI-9840 四路高速CAN 接口卡最多可以連接400 個CAN-bus 節(jié)點設備；同一臺PC 可以管理32 條CAN-bus 總線，管理3200 個CAN-bus 節(jié)點設備，甚至更多個設備。
服務器PC 通過CAN-bus 總線編號、ID 設備號訪問并管理車場設備網中的每一個指定設備。
CAN-bus 采用直線拓樸結構，同一網絡中的所有CAN-bus 節(jié)點設備連接在一條普通的通訊雙絞線上；每條CAN-bus 總線的2 個終端各需要安裝1 個120Ω 的終端電阻。
1.3.2 CAN-bus 網絡布線
由于CAN-bus 總線完全由芯片硬件實現通訊數據的校驗與檢錯，具有通常串口通訊（RS-232 方式或RS-485 方式）所無法比擬的可靠性；因此，布線時可以將CAN232MB 智能協議轉換器或CAN485MB 智能協議轉換器就近安裝在車場設備網的每一個用戶設備，或直接連接到用戶設備的RS-232 或RS-485 端口。這一種方式可以有效地減少串行通訊距離，提高串行通訊波特率，并更好地保證設備通訊數據的正確性。
CAN-bus 總線通訊可以采用普通雙絞線或屏蔽雙絞線，一般應用場合都可以保證數據的可靠通訊。例如，使用國標AWG18（截面積為Φ0.75 L 2）一般可以保證在1KM 距離下實現CAN 可靠通訊；如果CAN 通訊距離超過1KM，則建議選擇通訊電纜線的截面積大于Φ1.5mm2。常規(guī)方式中，隨通訊距離的加長，需要適當加大電纜線截面積。
CAN-bus 采用直線拓樸結構，布線簡單方便，且非常容易擴展。
1.3.3 通訊設備的可靠性
CAN232MB 智能協議轉換器和CAN485MB 智能協議轉換器都采用表面安裝工藝，板上自帶光電隔離模塊，實現完全電氣隔離的中央控制電路/CAN 電路，具有很強的電氣抗干擾能力，可防雷擊，大大提高了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。這2 個型號的協議轉換器都可以工作在工業(yè)級的環(huán)境溫度（-40℃ ～ +85℃）中，且支持防水、防塵、防雷擊處理工藝；自帶安裝導軌，適合于多種安裝方式。
PCI-9840 四路高速CAN 接口卡是具有高性能價格比的CAN 總線通訊接口卡，該產品采用標準PCI 接口，能讓計算機方便的連接到CAN 總線上，實現CAN2.0B 協議（兼容CAN 2.0A）的連接通訊。PCI-9840 高速CAN 接口卡集成有4 通道邏輯獨立CAN-bus 通訊接口，使得在開發(fā)應用中更顯方便和靈活；每一個通道都有光電隔離，保護計算機機避免地環(huán)流的損壞，增強系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性；接口卡采用WDM 驅動程序，支持Linux、WIN98、WIN2000 和WinXP 操作系統(tǒng)，支持同一PC 安裝多個設備；同時提供多種開發(fā)語言接口例程，方便用戶進行二次開發(fā)。合理的軟硬件設計使得PCI-9840 接口卡成為穩(wěn)定、可靠的CAN 接口設備！
評論