一種基于CAN總線(xiàn)的客房通信控制器的設計

　　1 引言

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對智能建筑的功能、環(huán)境和管理水平提出了更高的要求。賓館、酒店的客房控制和管理作為智能建筑樓宇自控系統中的一個(gè)重要組成部分，其發(fā)展方向是更加安全、舒適、高效、便利和節能。賓館、酒店的客房控制和管理具有分散控制和集中管理的特點(diǎn)，整個(gè)系統涉及對象繁多，且分布在不同位置，控制要求也各不相同。如果采用傳統的一對一接線(xiàn)，則建筑物內的布線(xiàn)復雜、維修困難，系統成本高、可靠性低、可擴展性差。因此，現代智能建筑樓宇自控系統廣泛采用了現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。

　　本文結合賓館、酒店的客房控制和管理實(shí)例，介紹了基于CAN總線(xiàn)的客房通信控制器的設計

　　2系統結構

　　客房控制和管理系統的總體結構如圖1所示。整個(gè)系統包括三層：現場(chǎng)控制層、監控層和管理層?，F場(chǎng)控制層主要是賓館內的各客房控制器或其它控制設備；以一個(gè)客房節點(diǎn)為例，每個(gè)客房控制器可對客房?jì)炔康目照{、燈、背景音樂(lè )、門(mén)鈴、報警等各種設備進(jìn)行控制，還可接收客戶(hù)的需求信息，并將信息上傳給監控層的通信控制器。監控層通信控制器的主要任務(wù)是過(guò)濾信息量，并將信息上傳給管理層，同時(shí)接收管理層的控制指令，對記錄數據和各節點(diǎn)進(jìn)行操作。各樓層的中繼器則可增加節點(diǎn)的最大數目，擴大通信距離。管理層主要由中央服務(wù)器、總臺PC、工程部PC、服務(wù)中心PC等組成，主要用于信息的綜合管理與控制，具有匯總各個(gè)節點(diǎn)上傳信息、綜合決策、數據查詢(xún)及處理、故障診斷、通信管理等功能。

圖1 系統總體結構框圖

　　由于現場(chǎng)控制層具有節點(diǎn)多、分布廣的特點(diǎn)，其通信系統應具有良好的可靠性、適應性、可擴展性和簡(jiǎn)單的連接方式，并能滿(mǎn)足長(cháng)距離傳輸和現場(chǎng)調試方便的需要。因此，現場(chǎng)控制層采用了使用簡(jiǎn)單靈活、可靠性高、實(shí)時(shí)性強且成本低的CAN總線(xiàn)。管理層的中央服務(wù)器PC、總臺PC、服務(wù)中心PC等相互之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。而監控層的CAN通信控制器則提供管理層中央服務(wù)器PC與現場(chǎng)控制層CAN總線(xiàn)的接口，即把中央服務(wù)器PC的數據和命令傳送給指定的CAN網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，同時(shí)將各網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的數據傳輸給中央服務(wù)器PC以做進(jìn)一步處理。 

　　3 硬件電路結構

　　CAN總線(xiàn)通信控制器的硬件電路結構如圖2所示。主要包括主控制器、時(shí)鐘保持電路、非易失性EEPROM存儲器、CAN總線(xiàn)接口電路和RS232接口電路。主控制器采用性?xún)r(jià)比高、結構簡(jiǎn)單、便于編程的AT89C51單片機，主要用于對CAN控制器SJA1000 及RS232串口的初始化，并通過(guò)對CAN控制器SJA1000 及RS232串口的控制操作實(shí)現現場(chǎng)CAN總線(xiàn)與管理層中央服務(wù)器PC的數據交換等通信任務(wù)。CAN總線(xiàn)接口電路主要由CAN通信控制器SJA1000、高速光耦6N137和CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器82C250組成。SJA1000作為CAN總線(xiàn)協(xié)議轉換的控制器，它內建BASIC CAN協(xié)議，并提供對CAN2.0B協(xié)議的支持。通過(guò)對片內寄存器的讀、寫(xiě)操作，主控制器單片機能夠設置CAN總線(xiàn)通信模式，實(shí)現數據的發(fā)送與接收。

　　SJA1000在邏輯上實(shí)現了傳輸數據的編碼和解碼，若要與物理線(xiàn)路連接，還必須借助總線(xiàn)驅動(dòng)器82C250，以增強CAN總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送和接收驅動(dòng)能力。為了增強CAN 總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力，防止線(xiàn)路間串擾，SJA1000 的TX0 和RXO 并不是直接與82C250 的TXD 和RXD 相連，而是通過(guò)高速光耦6N137 后再與82C250 相連；另外，CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器采用帶隔離的DC/DC模塊單獨供電，實(shí)現了通信控制器與CAN總線(xiàn)的隔離，提高系統的可靠性。

　　82C250的CANH和CANL引腳各自通過(guò)一熱敏電阻與CAN總線(xiàn)相連，當過(guò)流時(shí)電阻發(fā)熱阻值變大，保護82C250免受過(guò)流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)兩個(gè)小電容，可以起到濾除總線(xiàn)上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。

　　RS232接口電路主要用于主控制器單片機與管理層中央服務(wù)器PC的雙向數據傳送。由于采用了標準的RS232串行通信，結構簡(jiǎn)單、成本低。

　　控制器的其它外圍電路還有電源模塊、非易失性EEPROM存儲器、時(shí)鐘保持電路、LED指示燈和看門(mén)狗等。非易失性EEPROM存儲器采用具有2KB容量的AT24C02，用于保存系統配置參數及各節點(diǎn)的最新信息，便于管理層的查詢(xún)。時(shí)鐘保持電路選用涓流充電時(shí)鐘芯片DS1302，其內部含有實(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機進(jìn)行通信，用于給各節點(diǎn)控制器校時(shí)。同時(shí),控制器還配置了4個(gè)LED指示燈，分別用于系統上電、CAN通信、RS232通信和系統通信故障的指示，以方便系統的調試和對控制器運行狀況的監測。