基于CAN-bus 總線的海關(guān)車場設(shè)備網(wǎng)方案

1.1 CAN-bus 總線介紹

CAN-bus 是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，被廣泛應(yīng)用于歐洲的中高檔汽車中，用作ECU 單元的串行數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；近幾年來，CAN-bus 開始進(jìn)入中國各個(gè)行業(yè)的數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用，并于2002 年被確定為電力通訊產(chǎn)品領(lǐng)域的國家標(biāo)準(zhǔn)，正被大家逐漸重視。

與RS-485 類似，CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)使用普通雙絞線作為傳輸介質(zhì)，采用直線拓樸結(jié)構(gòu)，單條網(wǎng)絡(luò)線路至少可連接110 個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)總長度最大可達(dá)10 公里（使用標(biāo)準(zhǔn)CAN 收發(fā)器PCA82C250/251 芯片）。在CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)收發(fā)、硬件檢錯(cuò)均由CAN 控制器硬件完成，大大增強(qiáng)了CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)的抗電磁干擾能力，即由硬件來保證CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性。據(jù)國際CiA 協(xié)會統(tǒng)計(jì)，2001 年僅在歐洲就銷售了超過1 億個(gè)CAN-bus 節(jié)點(diǎn)，幾乎淘汰了歐洲所有的RS-485 系統(tǒng)。目前，國內(nèi)的汽車、電梯行業(yè)已是CAN-bus 應(yīng)用的典型領(lǐng)域，工業(yè)控制、智能樓宇、煤礦設(shè)備等行業(yè)也是日見更多型號的應(yīng)用CAN-bus 總線設(shè)備與產(chǎn)品。

CAN-bus 總線的優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，可以支持硬件節(jié)點(diǎn)的即插即用；故障節(jié)點(diǎn)可自動關(guān)閉，不影響其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；采用芯片硬件ID 方式管理網(wǎng)絡(luò)，故障節(jié)點(diǎn)界定十分方便，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本比較低。

CAN-bus 總線的適用范圍：可適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)目很多，傳輸距離在10 公里以內(nèi)，安全性要求高的場合；也可適用于對實(shí)時(shí)性、安全性要求十分嚴(yán)格的機(jī)械控制網(wǎng)絡(luò)。CAN-bus 總線不適合于有大量數(shù)據(jù)需要傳輸（比如視頻/音頻信號）的場合。

1.2 現(xiàn)場的應(yīng)用需求

一般情況下，海關(guān)的車場需要組建2 個(gè)信息與控制網(wǎng)絡(luò)，分別對應(yīng)車場的進(jìn)口車道、車場的出口車道進(jìn)行設(shè)備管理。其中，每個(gè)進(jìn)口車道管理6～9 個(gè)設(shè)備，每個(gè)出口車道管理4～8個(gè)設(shè)備。

舉例說明，進(jìn)口車道主要由以下一些設(shè)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(shù)據(jù)設(shè)備，大約每170 毫秒向服務(wù)器發(fā)送17 字節(jié)的數(shù)據(jù)，屬于小數(shù)據(jù)量設(shè)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(shù)據(jù)設(shè)備，服務(wù)器每隔1 秒發(fā)送一個(gè)控制命令。屬于小數(shù)據(jù)量設(shè)備。
●電子關(guān)鎖：海關(guān)專用設(shè)備，具有RS-232 通訊接口。電子關(guān)鎖屬于被動發(fā)送設(shè)備，服務(wù)器每隔100 毫秒向電子關(guān)鎖發(fā)送控制命令，總共兩個(gè)命令類型：施封和解封。屬于小數(shù)據(jù)量設(shè)備。
●電子車牌：檢測通關(guān)車輛的身份信息與司機(jī)身份信息，具有RS-232 通訊接口。電子車牌屬于被動發(fā)送設(shè)備。一般通過調(diào)用設(shè)備廠商提供的動態(tài)庫接口向電子車牌設(shè)備發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令，周期為100 毫秒，每次通訊數(shù)據(jù)約在300～2000 字節(jié)，數(shù)據(jù)流量比較大，屬于大數(shù)據(jù)量設(shè)備。
●海關(guān)通關(guān)儀：海關(guān)專用設(shè)備，集成顯示、語音、鍵盤接口，具有2～3 個(gè)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(guān)車場設(shè)備網(wǎng)一般采用“以太網(wǎng)EtherNet+多串口服務(wù)器”方案，采用2 級網(wǎng)絡(luò)方式。其網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)如下圖所示：

傳統(tǒng)的海關(guān)車場設(shè)備網(wǎng)采用“以太網(wǎng)EtherNet＋RS-232”方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通訊，是基于“點(diǎn)DD點(diǎn)”的通訊模式。由于網(wǎng)絡(luò)中所連接設(shè)備的數(shù)據(jù)流量不一致性，容易引起網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)阻塞；而且，利用以太網(wǎng)（EtherNet）方式組建網(wǎng)絡(luò)的成本比較高，需要對網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)行設(shè)備增加多級保護(hù)措施，以適應(yīng)長期工作的惡劣環(huán)境。

新一代CAN-bus 總線技術(shù)的成熟應(yīng)用，可以在海關(guān)車場設(shè)備網(wǎng)的建設(shè)中減少網(wǎng)絡(luò)布線，有效降低設(shè)備成本，并能夠提高通訊效率。利用CAN-bus 總線技術(shù)建設(shè)的海關(guān)車場設(shè)備網(wǎng)具備更好的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性，以及更強(qiáng)的抗干擾能力，且可以適合非常嚴(yán)苛的工作環(huán)境。

1.3 CAN-bus 實(shí)施方案

下面簡要地介紹采用CAN-bus 總線建立的海關(guān)車場設(shè)備網(wǎng)方案。

1.3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在基于CAN-bus 總線的海關(guān)車場設(shè)備網(wǎng)中，每一個(gè)車場設(shè)備都被分配了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中唯一的ID 設(shè)備號，且都通過CAN232MB 智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器或CAN485MB 智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接至CAN-bus 總線。

考慮連接車場設(shè)備的數(shù)量、通訊數(shù)據(jù)流量、通訊距離等因素，服務(wù)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(gè)CAN-bus 節(jié)點(diǎn)，每塊PCI-9840 四路高速CAN 接口卡最多可以連接400 個(gè)CAN-bus 節(jié)點(diǎn)設(shè)備；同一臺PC 可以管理32 條CAN-bus 總線，管理3200 個(gè)CAN-bus 節(jié)點(diǎn)設(shè)備，甚至更多個(gè)設(shè)備。

服務(wù)器PC 通過CAN-bus 總線編號、ID 設(shè)備號訪問并管理車場設(shè)備網(wǎng)中的每一個(gè)指定設(shè)備。

CAN-bus 采用直線拓樸結(jié)構(gòu)，同一網(wǎng)絡(luò)中的所有CAN-bus 節(jié)點(diǎn)設(shè)備連接在一條普通的通訊雙絞線上；每條CAN-bus 總線的2 個(gè)終端各需要安裝1 個(gè)120Ω 的終端電阻。

1.3.2 CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)布線

由于CAN-bus 總線完全由芯片硬件實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的校驗(yàn)與檢錯(cuò)，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(shí)可以將CAN232MB 智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器或CAN485MB 智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器就近安裝在車場設(shè)備網(wǎng)的每一個(gè)用戶設(shè)備，或直接連接到用戶設(shè)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(shè)備通訊數(shù)據(jù)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(yīng)用場合都可以保證數(shù)據(jù)的可靠通訊。例如，使用國標(biāo)AWG18（截面積為Φ0.75 L 2）一般可以保證在1KM 距離下實(shí)現(xiàn)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(dāng)加大電纜線截面積。

CAN-bus 采用直線拓樸結(jié)構(gòu)，布線簡單方便，且非常容易擴(kuò)展。

1.3.3 通訊設(shè)備的可靠性

CAN232MB 智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器和CAN485MB 智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器都采用表面安裝工藝，板上自帶光電隔離模塊，實(shí)現(xiàn)完全電氣隔離的中央控制電路/CAN 電路，具有很強(qiáng)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(gè)型號的協(xié)議轉(zhuǎn)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(dǎo)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(jià)格比的CAN 總線通訊接口卡，該產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)PCI 接口，能讓計(jì)算機(jī)方便的連接到CAN 總線上，實(shí)現(xiàn)CAN2.0B 協(xié)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(dú)立CAN-bus 通訊接口，使得在開發(fā)應(yīng)用中更顯方便和靈活；每一個(gè)通道都有光電隔離，保護(hù)計(jì)算機(jī)機(jī)避免地環(huán)流的損壞，增強(qiáng)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性；接口卡采用WDM 驅(qū)動程序，支持Linux、WIN98、WIN2000 和WinXP 操作系統(tǒng)，支持同一PC 安裝多個(gè)設(shè)備；同時(shí)提供多種開發(fā)語言接口例程，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)。合理的軟硬件設(shè)計(jì)使得PCI-9840 接口卡成為穩(wěn)定、可靠的CAN 接口設(shè)備！