CAN總線在家庭智能化控制系統(tǒng)中的應用研究

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警、電話或電腦遠程控制、紅外遙控、自動抄表控制、燈光和濕度控制等方面。根據(jù)智能終端設備傳輸數(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、速率低的家庭自動化控制設備；另一類是傳輸多媒體信息、(視頻、音頻信號)，信號量大、速率快，如視頻會議、音頻點播等。家庭智能終端設備可以采用總線結構組建成有線子網(wǎng)和無線子網(wǎng)，因各設備分布在家中不同的地方，對于組建成有線子網(wǎng)布線比較復雜，但是如果采用PLC與CAN總線構建成網(wǎng)絡，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80年代初為汽車檢測控制而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，它是一種多主機總線，通訊介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，通訊速率為1Mb／s。CAN總線具有卓越的性能，極高的可靠性和獨特的設計，廣泛應用于工業(yè)自動化、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、空調及水表、電表、燃氣表等設備的指揮通信和信息管理的核心，主要功能是與遠程控制系統(tǒng)進行數(shù)傳通信，接收各種控制口令，完成對相應設備的實時控制。
控制系統(tǒng)中凡具有嵌入式微處理器或微計算機的單體均通過CAN總線相互連接。組成分布式局部網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息資源共享。這種設計具有以下優(yōu)點：減少了通信端口、連接電纜；抗干擾能力強；配置靈活、系統(tǒng)擴展和升級方便；調試簡單，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PLC與CAN總線的連接方案。
GE系列90 PLC都帶有經(jīng)轉換的RS 232串行通訊口，編程計算機通過此串口與PLC進行通訊和編程。RS 232標準電平采用負邏輯，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信號則使用差分電壓傳送，兩條信號線稱為“CAN _H”和“CAM_L”，靜態(tài)時均為2．5 V左右，此時的狀態(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，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)(可分為標準幀和擴展幀兩種格式)。因此，設計時就需要有一個微控制器來實現(xiàn)電平和幀格式等的轉換，其轉換方式如圖2所示。