龔小斌/潘勝軍（杭州三上電子科技有限公司， 浙江 杭州 郵編 310052）

1 CAN總線通訊總線優(yōu)越性

CAN是德國一家名為BOSCH的公司在20世紀(jì)90年代初所制定的協(xié)議規(guī)格，并在1993年標(biāo)準(zhǔn)化成工業(yè)總線協(xié)議（ISO 11898-1），隨后被廣泛應(yīng)用在各種車輛與電子設(shè)備上。CAN總線協(xié)議是一種序列總線，它提供高安全等級及有效率的即時控制，具備偵錯和優(yōu)先權(quán)判別的機(jī)制。在這樣的機(jī)制下，網(wǎng)絡(luò)訊息的傳輸變得更為可靠和有效。CAN 亦提供多主控端的架構(gòu)，這種特性，特別適合使用在主系統(tǒng)或子系統(tǒng)下提供更完整的智慧型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如智能傳感器設(shè)備等。CAN的網(wǎng)絡(luò)擁有高度的彈性調(diào)整能力，可以在既有的網(wǎng)絡(luò)中增加站臺而不用在軟硬件上作修正與調(diào)整。并且，資訊的傳遞不是建構(gòu)在特殊種類的站臺上，這樣一來就增加了在升級網(wǎng)絡(luò)時的便利性。

CAN總線和RS485不同，它并不是一種簡單的電氣協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，而是一種完善的通訊協(xié)議，具有強(qiáng)大的檢錯和糾錯能力。在其通訊過程中會產(chǎn)生不同格式的幀，例如數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀等，每種幀有其特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)錯誤時，終端在接收到數(shù)據(jù)時能夠識別所發(fā)生錯誤的類型。在可能的情況下，終端甚至可以還原出原來正確的數(shù)據(jù)。圖1所示是CAN總線協(xié)議在傳輸過程中產(chǎn)生的一個數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中提供的CRC冗余算法，保證了傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。

1.1 多主機(jī)結(jié)構(gòu)

CAN總線多主機(jī)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)為信息的實時傳輸提供了保障。在傳統(tǒng)的客控系統(tǒng)通訊總線中，往往是基于一主多從的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。在這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，從設(shè)備有狀態(tài)更新時無法主動向主機(jī)提交，從設(shè)備與從設(shè)備之間的狀態(tài)或是控制信息的傳遞也都要經(jīng)過主設(shè)備才能到達(dá)彼此。這種問答式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，信號的傳輸存在嚴(yán)重的遲滯，不適合用來傳輸對實時性要求較高的狀態(tài)信號。而在多主網(wǎng)絡(luò)中，每個設(shè)備都能夠接受來自總線的信號，多個設(shè)備也能夠在同一時間發(fā)送數(shù)據(jù)，在某種約定下，由硬件決定最后誰能夠發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣一來，在設(shè)備有狀態(tài)更新時，就能即時將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上，不用等待主設(shè)備的查詢；總線上的對應(yīng)設(shè)備在收到該設(shè)備發(fā)來的消息時，也能馬上做出響應(yīng)，不必等待主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的命令。這樣一來，省去了主機(jī)這一中間環(huán)節(jié)，總線的利用率得到了提高，消息的實時性也因此得到了保證。

1.2 無損仲裁機(jī)制

此外，CAN總線的無損仲裁機(jī)制也是保證消息實時性的一個重要方面。在CAN總線協(xié)議中存在一個11位（CAN2.0 協(xié)議中擴(kuò)展幀為29位）的標(biāo)記位。通過設(shè)置此標(biāo)記位能夠調(diào)整數(shù)據(jù)在仲裁中的優(yōu)先級。一般重要的和緊急的信號的發(fā)送優(yōu)先級被設(shè)置得較高；而非緊急的信號，被設(shè)置為較低優(yōu)先級發(fā)送。如此一來，當(dāng)有兩個設(shè)備同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線就能根據(jù)信號發(fā)送的優(yōu)先級來決定緊急的信號優(yōu)先發(fā)送，而將非緊急信號推遲到下一幀，從而保證了信號在總線上的實時傳輸。

1.3 模塊化便于集成

選擇CAN總線作為客房控制系統(tǒng)通訊方式來開發(fā)的另一個重要原因，是因為目前市場上容易采購到集成有CAN總線通訊接口的CPU型號。對于開發(fā)來說，使用集成的模塊能夠簡化電路設(shè)計，減少調(diào)試遇到的問題，縮短硬件產(chǎn)品的調(diào)試周期，從而有利于產(chǎn)品的快速推向市場。另外，現(xiàn)在微處理器中集成的CAN總線通訊模塊功能之強(qiáng)大，使開發(fā)所要做的事情就是寫入通訊數(shù)據(jù)那么簡單，而不必像ModBus協(xié)議一樣，需要做復(fù)雜的校驗和處理。因為硬件模塊可以完成這些任務(wù)。

1.4 強(qiáng)糾錯能力

CAN總線的另一個優(yōu)點是在于其強(qiáng)大的檢錯和出錯處理能力。在CAN總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)2.0B中，設(shè)置有5種錯誤類型。包括位錯誤、填充錯誤、CRC校驗錯誤、形式錯誤和應(yīng)答錯誤。另外，CAN的通訊模塊上還設(shè)置有兩個錯誤計數(shù)器，讀取錯誤計數(shù)器和發(fā)送錯誤計數(shù)器。系統(tǒng)可以根據(jù)這些錯誤提示的狀態(tài)來判斷網(wǎng)絡(luò)正處于什么樣的狀態(tài)，更有效地處理網(wǎng)絡(luò)上所發(fā)生的情況。當(dāng)CAN總線上有一個節(jié)點不正常時，不會影響總線上其他正常的節(jié)點。對比RS485總線，在模塊出錯或損壞的情況下，可能會導(dǎo)致整個控制系統(tǒng)癱瘓，而失去控制。所以，相對于RS485總線，使用CAN總線能夠大幅度提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性。

相對于基于RS485標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來說，基于CAN總線架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)所具有的優(yōu)勢是顯而易見的。

2 CAN總線在客房控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

酒店客房智能控制系統(tǒng)是指利用計算機(jī)技術(shù)，對酒店客房內(nèi)狀態(tài)變化進(jìn)行收集、處理，并通過專用的網(wǎng)絡(luò)將房間狀態(tài)整理、記錄、顯示以協(xié)助酒店管理者實現(xiàn)對酒店的高效管理的電子系統(tǒng)。系統(tǒng)對于包括安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)等在內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行智能化管理與控制，實時監(jiān)測客房狀態(tài)、賓客需求、服務(wù)狀況以及設(shè)備情況等，是幫助酒店對客房設(shè)備及內(nèi)部資源進(jìn)行實時控制分析的綜合服務(wù)管理控制系統(tǒng)。

圖2 基于CAN總線的客房控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

一個穩(wěn)定、安全的酒店客房控制系統(tǒng)，對酒店來說，能夠有效降低能耗支出、管理支出以及后期維護(hù)的支出。具有CAN總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制的酒店客房控制系統(tǒng)正是這樣一個安全穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。圖2是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

從圖2可以看到，具有CAN網(wǎng)絡(luò)通訊接口的客房控制器在小范圍內(nèi)組成局部網(wǎng)絡(luò)。這個網(wǎng)絡(luò)可以是一個較大型客房的私有網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)房間內(nèi)部信號的傳遞；也可以是幾個房間的公共網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)房間狀態(tài)信息和控制信息的傳輸。小型的網(wǎng)絡(luò)通過中繼器，連接到二級網(wǎng)絡(luò)。二級網(wǎng)絡(luò)的存在，使得CAN總線上可以連接的節(jié)點數(shù)量是一級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量的平方。按照CAN總線標(biāo)準(zhǔn)CAN2.0B中所定的數(shù)量計算，二級的CAN網(wǎng)絡(luò)所能掛接的節(jié)點數(shù)量在1萬個節(jié)點以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于客房控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)的要求。二級CAN網(wǎng)絡(luò)通過TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換器，與客控系統(tǒng)的中央控制單元通訊。

2.2 通訊接口硬件實現(xiàn)

圖3 CAN總線通訊接口的硬件連接示意圖

CAN總線通訊接口的硬件實現(xiàn)也是非常簡單的，只需一塊帶有CAN接口的CPU，一個CAN總線驅(qū)動芯片和一些必要的外設(shè)即可，如圖3所示。

3 結(jié)束語

到目前為止，客控系統(tǒng)中所使用的總線類型仍然沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而其中占主導(dǎo)地位的RS485總線結(jié)構(gòu)在使用中逐漸暴露出各種各樣的不足?？涂叵到y(tǒng)迫切需要尋求一種能夠取代RS485結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的總線結(jié)構(gòu)。通訊結(jié)構(gòu)的更新，是智能化控制系統(tǒng)在其發(fā)展過程中必將經(jīng)歷的。CAN總線結(jié)構(gòu)以其優(yōu)越性在汽車、工業(yè)設(shè)備等控制領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，并且以大量成功的應(yīng)用案例，不斷向其他領(lǐng)域滲透。在形勢的大潮之下，設(shè)計者應(yīng)把握時機(jī)，致力于將CAN總線的成功應(yīng)用，再次體現(xiàn)在客房控制系統(tǒng)中。