智能停車場的現(xiàn)場總線CAN-bus網(wǎng)絡(luò)

　　1 前言

　　隨著社會生活方式的不斷變化，科技的不斷進(jìn)步，人們要求更加人性化、智能化的生活條件。不用事必躬親，盡可能地讓智能系統(tǒng)代替手工方式，來進(jìn)行有效的管理和執(zhí)行。當(dāng)前越來越復(fù)雜的交通狀況，如行路難、停車難等問題大大降低了城市的工作和生活效率，迫使我們尋找一個能夠方便解決問題的辦法。智能化的停車場便在這樣的背景下應(yīng)運而生了。智能停車場的產(chǎn)生不但規(guī)范了城市交通管理和車輛管理水平，擴(kuò)充了城市的容量，在安全防范方面也有巨大的保障，同時還能方便的和其他智能系統(tǒng)接口(如智能大廈、智能小區(qū)等)，組成更完善的物流及設(shè)備管理系統(tǒng)。

　　2 智能停車場通訊現(xiàn)狀

　　目前停車場的智能化程度不一，管理也缺乏有序性，設(shè)施之間也通用性也較差，造成系統(tǒng)集成商和用戶的設(shè)備選型品種較少，實現(xiàn)的功能不全，系統(tǒng)特點不鮮明等不足。按智能停車場的通訊方式分析，早期的一部分廠商采用了串行的RS-485總線或RS-232總線作為設(shè)備之間的通訊方式;同時，有一部分先進(jìn)的廠商已經(jīng)采用了CAN-bus總線或以太網(wǎng)EtherNet 作為網(wǎng)絡(luò)通訊方式。

　　采用RS-232方式通訊的停車場系統(tǒng)有非常大的局限性，只能實現(xiàn)點對點操作，中央處理器的負(fù)擔(dān)較大，不便于系統(tǒng)擴(kuò)充，可通訊距離非常短，不適于遠(yuǎn)程操作;而且，系統(tǒng)成本較高。采用RS-485總線的系統(tǒng)在整體性能上好于RS-232的系統(tǒng)，因其是總線形式，方便擴(kuò)充，但是隨著停車場系統(tǒng)智能化程度要求越來越高，功能越來越強，總線的節(jié)點越來越多的情況下，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(hù)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;智能停車場的系統(tǒng)擴(kuò)展也受到RS-485本身的制約，越來越不能適應(yīng)大中型智能停車場的控制需要。

　　先進(jìn)的的CAN-bus總線通訊系統(tǒng)是智能停車場的主流發(fā)展方向。使用這種工業(yè)級的通訊方式，可以保證通訊數(shù)據(jù)的可靠性、實時性;并且，實際建設(shè)中， CAN-bus總線成本和RS-485 方式成本大體相當(dāng)，甚至，在較大型的停車場系統(tǒng)中，CAN總線的整體成本還略低于RS-485 系統(tǒng)。由于CAN總線容錯性能好，可以大大降低后期的維護(hù)、維修、擴(kuò)充成本。但是，目前的智能停車場多數(shù)采用了CAN-bus總線和RS-232、RS- 485通訊混合使用的方式，在一定程度上會造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不平衡，限制了CAN-bus總線發(fā)揮最大限度的性能優(yōu)勢。下面將以CAN-bus總線組建的停車場收費和管理系統(tǒng)為例，介紹一整套的智能停車場改進(jìn)方案，從而體現(xiàn)出CAN-bus總線的整體優(yōu)勢。

　　3 智能停車場CAN-bus方案

　　3.1 CAN-bus簡介

　　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(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級現(xiàn)場總線，傳輸可靠，實時性高;

　　2、傳輸距離遠(yuǎn)(最遠(yuǎn)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(kuò)充節(jié)點數(shù);

　　4、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;

　　5、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;

　　6、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;

　　7、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;

　　8、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;

　　9、具有硬件地址濾波功能，可簡化軟件的協(xié)議編制;

　　10、通訊介質(zhì)可用普通的雙絞線、同軸電纜或光纖等;

　　11、CAN-bus總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性價比極高。

　　3.2 總體介紹

　　通訊方案涉及了停車場的幾乎所有的控制功能，包括進(jìn)出口控制、遠(yuǎn)程控制、車場導(dǎo)向、車場車位自動檢測、車場智能燈光控制。方案中不包含音頻、視頻的傳輸，因為音頻、視頻的傳輸一般是與控制總線分開的。整個系統(tǒng)中，通訊主干線僅為一條雙絞線，各個通訊終端的控制器直接連接到總線上;并且，各個控制器在網(wǎng)絡(luò)中的地位可以是平等的，就是說沒有“主機”和“從機”的概念，任何一個節(jié)點都可以啟動數(shù)據(jù)的傳輸，避免了采用RS-485 的主機輪詢方式，從而保障數(shù)據(jù)的實時性。在CAN-bus總線上，既可以實現(xiàn)點-點之間的通訊，也可以實現(xiàn)多 點廣播方式的通訊，實時性和靈活性都可以得到良好的保證。

　　例如，車位探測器可以根據(jù)車場內(nèi)車的進(jìn)出變化，直接傳輸空位數(shù)量到車位顯示器顯示出來;而不必先傳輸?shù)焦芾頇C上，再由管理機傳到車位顯示器。當(dāng)然管理機也可以接收到該信息，用于數(shù)據(jù)庫記錄。

　　智能停車場的通訊距離受CAN-bus總線的波特率制約;在20Kbps通訊速率時，可以在達(dá)到3KM 的通訊距離(使用同一條雙絞線)，能夠滿足絕大部分需求。本方案中，按照位置的不同，將停車場系統(tǒng)分為兩個部分：車輛的進(jìn)出口控制、車場內(nèi)部控制。

　　3.3 車輛的進(jìn)出口控制

　　車輛的進(jìn)出口控制部分主要功能是車輛進(jìn)出的管理、收費、出票和顯示等。系統(tǒng)的布線結(jié)構(gòu)如圖1 所示。系統(tǒng)中的CAN-bus網(wǎng)絡(luò)采用直線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各設(shè)備節(jié)點通過支線連接在CAN-bus主線上。在車場入口處，當(dāng)?shù)馗袡z測到有車輛經(jīng)過時，入口控制器向計算機管理節(jié)點發(fā)送信號，請求啟動整個管理系統(tǒng)(此前系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，以節(jié)約能源)，使系統(tǒng)立即進(jìn)入工作模式。

　　入口控制器通過射頻或GPRS 方式讀取車輛的電子卡信息，并通過CAN-bus總線傳到管理計算機上，并與攝像機取得的車輛信息(車型、車牌等)相對照，如果是“合法”用戶則打開道閘、點亮綠色交通燈，允許車輛通過。當(dāng)?shù)篱l處地感檢測車輛已通過，并且入口處地感未檢測到有新的車輛進(jìn)入，則仍由入口控制器向計算機管理節(jié)點報告系統(tǒng)空閑，可以進(jìn)入休眠模式。其他功能，比如出口控制器、收費功能等，都可以按同一方式管理。

　　系統(tǒng)中，管理節(jié)點采用安裝PC-CAN 接口卡的通用PC 機，與執(zhí)行不同功能、安裝不同位置的終端設(shè)備進(jìn)行通訊。常用的PC-CAN 接口卡有：PCI-CAN 接口卡、ISA-CAN 接口卡、USBCAN 接口卡、PC104-CAN 接口卡、EtherNet-CAN 接口卡或并口CAN 接口卡等，可以根據(jù)系統(tǒng)的通訊要求而進(jìn)行合理選擇。

　　圖 1 車輛進(jìn)出口處CAN-bus布線及結(jié)構(gòu)圖

　　3.4 車場內(nèi)部控制

　　車場內(nèi)部控制部分主要功能是車輛導(dǎo)向、空位檢測和照明控制等。如圖2所示，圖中車場分為4 個停車區(qū)域：A 區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)和D 區(qū)。4 個區(qū)的區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)一安置在車場入口處，指示區(qū)域的方向和當(dāng)前所剩的空位數(shù)。該區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)由一個控制器控制，帶一個CAN-bus總線接口。

　　圖 2 車場內(nèi)部CAN-bus布線及結(jié)構(gòu)圖

　　當(dāng)有車輛或車主進(jìn)出某一個相關(guān)區(qū)域的時候，該區(qū)域的照明才點亮，在車輛或車主離開后，燈自動熄滅，并且和當(dāng)前進(jìn)出不相關(guān)區(qū)域的照明燈將不會點亮，這樣可以最大限度的節(jié)約能源，延長設(shè)備壽命，這在較大型停車場中的作用會更加突出。

　　在車輛進(jìn)出后，車場的停車數(shù)量發(fā)生變化，系統(tǒng)可以及時地探測到這個變化并向主控制器和區(qū)位引導(dǎo)指示牌報告，使其刷新當(dāng)前的記錄和顯示。這一個系統(tǒng)中，使用 CAN-bus總線方式進(jìn)行通訊，網(wǎng)絡(luò)顯得非常簡單、可靠，如圖2所示。每個停車區(qū)有一個單獨的區(qū)控制器，均帶CAN-bus接口，用于管理該區(qū)的照明和車位檢測。按圖中所示，紅線是照明線，通過區(qū)控制器來直接控制該區(qū)燈的亮滅。綠線是單總線，用于和車位探測器通訊，與CAN-bus總線一起，構(gòu)成一個方便的二級數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。

　　當(dāng)然，車位探測器的網(wǎng)絡(luò)組建也可以使用CAN-bus方式來實現(xiàn)，基本上不會受到車位數(shù)量的制約，且可以方便地實現(xiàn)設(shè)備管理、故障定位等眾多特定功能。

　　4 系統(tǒng)優(yōu)勢

　　上述兩個部分相連接，可以形成一個完整的智能停車場系統(tǒng)。整個系統(tǒng)中，不僅可以實現(xiàn)無人值守，還能和其他的CAN-bus系統(tǒng)連接，如物業(yè)管理中心、小區(qū)調(diào)度中心等，方便整個系統(tǒng)的管理。

　　采用CAN-bus總線，也為定制通訊協(xié)議、設(shè)計軟件提供了非常明顯的優(yōu)勢，使系統(tǒng)的整體性能得到提升。同時，采用CAN-bus總線可以大幅度降低整個智能停車場在設(shè)備擴(kuò)展、系統(tǒng)升級、終端維護(hù)方面所投入的成本。而且，越是大型的智能停車場系統(tǒng)，采用CAN-bus總線的優(yōu)勢會更加明顯――功能好，成本低，節(jié)省管理與維護(hù)成本。

　　實踐證明，采用CAN-bus總線在智能停車場的運行中可以獲得良好的社會效益、經(jīng)濟(jì)利益。CAN-bus總線已經(jīng)成功運行在國內(nèi)多個智能停車場、車場設(shè)備網(wǎng)、車輛管理所、車輛收費站等場合。這也是國內(nèi)眾多通訊控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)可靠、自動化運行、無人值守的發(fā)展方向。