基于CAN總線的智能聯(lián)防報警系統(tǒng)研究

1、基于CAN總線的智能聯(lián)防報警系統(tǒng)研究第3O卷第1期V01.3ONo.1長春師范學院(自然科學版)JournalofClmngchunNomralUniversity(NaturalScience)2011年2月Feb.20l1基于CAN總線的智能聯(lián)防報警系統(tǒng)研究王出航(長春師范學院網(wǎng)絡(luò)中心,吉林長春130032)摘要在分析CAN總線協(xié)議和技術(shù)特點及其通信原理的基礎(chǔ)上,本文提出一種利用CAN總線構(gòu)建智能聯(lián)防報警系統(tǒng)的方法,設(shè)計相關(guān)硬件電路,應(yīng)用層協(xié)議和軟件架構(gòu),建立系統(tǒng)子機,分機和主機之間通訊的網(wǎng)絡(luò)模型.實地安裝測試表明,該智能聯(lián)防報警系統(tǒng)滿足"鄰里互助,警民聯(lián)動"的智能控制

2、要求,取得了良好的效果.關(guān)鍵詞聯(lián)防報警;CAN總線;智能控制中圖分類號TP277文獻標識碼A文章編號1008178X(2011)010030040弓l言控制器局部網(wǎng)CAN(controllerAreaNetwork)是Bosch公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機局部網(wǎng),由于其卓越性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè),自動化控制,航空工業(yè),環(huán)境控制及安全防護等眾多領(lǐng)域.CAN總線規(guī)范已經(jīng)被ISO國際標準組織制定為國際標準ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519(低速應(yīng)用)【2J,得到了國際上知名半導體公司如PHILIPS,INTEL和ATMEL等的支持,現(xiàn)已推出了不同功能和特點的CAN控制器芯片

3、,使得CAN的應(yīng)用越來越廣泛.我國村鎮(zhèn)尤其是邊境的村鎮(zhèn),居民住宅比較分散,離派出所距離比較遠,當有突發(fā)事件時民警不能很快到達現(xiàn)場.為了解決這一問題,本文采用CAN總線構(gòu)建了智能聯(lián)防報警系統(tǒng),使相鄰的住戶組成"聯(lián)防報警組",一方面形成鄰里互助,另一方面具有"110"接,處警能力,及時幫助群眾解決突發(fā)事件.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)1.1CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點控制在單個CAN網(wǎng)絡(luò)里,如果每個節(jié)點分配一個唯一的識別符(ID),理論上總線容量可以達到2032個設(shè)備l3j3.但在實際應(yīng)用中,不同的收發(fā)器芯片所支持的節(jié)點數(shù)不同,PHILI/公司的PCA82C250僅支持l10個節(jié)點.依

4、據(jù)CAN2.0標準規(guī)范,CAN包含數(shù)據(jù)鏈路層和物理層.其中鏈路層完成幀結(jié)構(gòu)控制,仲裁執(zhí)行,錯誤檢測,出錯標定,故障界定等功能,而物理層實現(xiàn)不同節(jié)點之間根據(jù)電氣屬性進行位信息的傳輸功能【4J.為了實現(xiàn)聯(lián)防報警系統(tǒng)中各個節(jié)點的控制,首先由發(fā)送器節(jié)點觸發(fā)發(fā)送事件,并執(zhí)行發(fā)送命令TraCMD,CAN鏈路層和物理層負責將發(fā)送數(shù)據(jù)封裝成CAN協(xié)議報文并完成數(shù)據(jù)發(fā)送.網(wǎng)絡(luò)中的其他接收器節(jié)點接收到報文后,解析協(xié)議,執(zhí)行RevCMD命令讀取數(shù)據(jù),并依據(jù)接收的ID判斷該數(shù)據(jù)幀為廣播幀還是特定目標幀,然后對所接收的數(shù)據(jù)采取相應(yīng)的操作.1.2系統(tǒng)組網(wǎng)模型智能聯(lián)防報警系統(tǒng)由報警子機,報警分機和主機組成,主機安裝在派出所

5、,報警分機安裝在聯(lián)防組長家,報警子機安裝在聯(lián)防村民家.分機和子機之間通過CAN總線進行連接,分機和主機之間通過公共交換收稿日期20101129基金項目吉林省科技廳創(chuàng)新基金項目(SC0701022).作者簡介王出航(1976一),女,吉林長春人,長春師范學院網(wǎng)絡(luò)中心講師,從事嵌入式系統(tǒng)與智能網(wǎng)絡(luò)控制研究.?30?電話網(wǎng)PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)進行通訊.因此,CAN通信節(jié)點之間信息傳輸?shù)目煽渴潜ＷC報警系統(tǒng)正常工作的前提.CAN總線具有工作方式靈活,穩(wěn)定性和容錯性好等特點,且傳輸距離遠,當通信距離達3300米時,其傳輸能力還能達到20Kbit/s5.系

6、統(tǒng)采用PHILIPS公司的CAN協(xié)議控制器SJA1000和CAN收發(fā)器PCA82C250來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸.CAN收發(fā)器完成邏輯電平rrI1IJ與CAN物理層(CANH,CANL)電平之間的轉(zhuǎn)換,而CAN協(xié)議控制器主要實現(xiàn)CAN鏈路層的功能,主要是接收和發(fā)送報文,并與主控制器STC89C58RD+進行通信.主控制器根據(jù)外部報警按鍵或接收報文觸發(fā)報警或接警操作流程.系統(tǒng)組網(wǎng)模型如圖1所示.主機(邊防派出所)CAN總線ll報警分機(組長家)報警子機1(村民家)報警子機2(村民家)報警子機N(村民家)圖1系統(tǒng)組網(wǎng)模型1.3系統(tǒng)功能特點大容量和靈活組網(wǎng)是系統(tǒng)的主要特點之一,每個報警分機可與多達109個報

7、警子機組成一個聯(lián)防組,且報警點之間只需用一根兩芯雙絞線連接,布線簡單.主機最多可覆蓋255個報警組,包含上萬個報警點.數(shù)據(jù)和語音傳輸是系統(tǒng)的另一主要特點,系統(tǒng)除了傳輸報警信息外,還能實現(xiàn)壓縮語音數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)對報警現(xiàn)場的語音監(jiān)聽.智能報警接警和故障檢測是系統(tǒng)的又一主要特點,當有警情或特殊情況發(fā)生時,按下報警子機或分機的"告警"按鈕,組內(nèi)的其它子機或分機均可收到該報警點的"號碼(即ID)",發(fā)出告警音后自動進入監(jiān)聽狀態(tài).在系統(tǒng)空閑狀態(tài)下,分機能定時地向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他子機發(fā)送巡檢命令,以檢查各個子機的狀態(tài).2系統(tǒng)硬件組件設(shè)計系統(tǒng)的硬件部分包括子機硬件電路,分機硬

8、件電路及主機PCI接入控制板電路,分機電路除了比子機電路多電話接口外,其他電路相同.主機PCI接入控制板電路主要包括多路電話接口(可配置)及PCI接口電路,插入PC機擴展槽與系統(tǒng)軟件平臺實現(xiàn)通信.子機硬件電路主要包括語音壓縮/解壓縮模塊,CAN接IZl模塊和主控制器模塊等,CAN接口由獨立的CAN協(xié)議控制器SJk1000和CAN收發(fā)器PCA82C250及光電隔離電路組成,主控制器采用宏晶公司可在線編程微控制器STC89C58RD+.2.1CAN接口電路設(shè)計系統(tǒng)的CAN接口電路原理如圖2所示.主控制器STC89C58RD+為SJA1000提供片選,讀寫等控制信號,?3I?SJA1000的CAN端

9、輸出和輸入引腳TX0和RX0通過光電隔離電路與收發(fā)器PCA82C250相連,PCA82C250的CANH和CANL引腳接至CAN物理總線上.數(shù)總一rXOlFLI/Il3I'Ir,r-'l宏tA,FlU隔離.rIZY0505lSSTC89C58RI)SJA1000RD:l微控川器r1.1'ITLPII3INTI.RX(】:.卜一圖2CAN接口原理圖SJA1000能夠處理所有CAN2.0B規(guī)范的幀類型,而且還提供一些增強功能,使SJA1000能應(yīng)用于更廣的領(lǐng)域.它具有以下特點:靈活的微處理器接口;可編程的CAN輸出驅(qū)動器;高達1Mbit/sCAN位頻率;自身測試功能.STC

10、89C58RD+完成sJA1000的初始化以及CAN報文的發(fā)送和接收,初始化包括初始化工作模式,位速率,驗收濾波器,收發(fā)報文緩存地址以及輸出控制寄存器等.2.2CAN應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計CAN協(xié)議只規(guī)范了物理層和鏈路層,采用逐位仲裁的方式進行報文傳輸.本文采用CAN標準幀格式進行數(shù)據(jù)傳輸,其幀格式主要包括幀起始位(SOF),仲裁場(ArbitrationField),控制場(ControlField),數(shù)據(jù)場(DataField)以及CRC校驗場.仲裁場由11位識別符和1位遠程發(fā)送請求位(RTR)組成,RTR在數(shù)據(jù)幀里為"顯性",在遠程幀里為"隱性".控制場由

11、l位識別符擴展位(IDE)和1位保留位(10)及4位數(shù)據(jù)長度代碼(DLC)組成,IDE在標準幀里為"顯性",在擴展幀里為"隱性",保留位默認為"顯性",數(shù)據(jù)長度代碼指示數(shù)據(jù)場的字節(jié)數(shù)量,范圍為0到8.為了實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點正確處理不同的報文,本文對標準幀格式的仲裁場(主要是ID)和控制場進行了詳細的規(guī)劃,設(shè)計了切實可行的應(yīng)用層協(xié)議.共協(xié)議規(guī)范如表1所示.其中ID11ID10ID9定義為報文優(yōu)先級,"000"具有最高優(yōu)先級.ID8ID7定義為報文類型,"11"為報警信息報文,其后的ID6ID5

12、IIMID3ID2IDI為報警子機的源地址,數(shù)據(jù)長度代碼為0;"l0"為語音信息報文,ID6ID5ID4ID3ID2ID1為報警子機的源地址,數(shù)據(jù)代碼長度為08;"01"為巡檢信息報文,由分機主動發(fā)起,ID6ID5ID4ID3ID2ID1為目標子機地址,目標子機收到該報文時,發(fā)送同樣優(yōu)先級的確認報文,報文目的地址為分機地址(默認為0),以通知分機該子機在線,否則為故障,巡檢報文的數(shù)據(jù)代碼長度為0.表1應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范CAN標準幀格式ID1lIDl0ID9ID8ID7)6ID5ID4ID3ID2IDlDLC4DIC3DLC2DLC1優(yōu)先極幀類型源地址/目的地

13、址數(shù)據(jù)場字節(jié)數(shù)P3P2P1FI2Frl自定義協(xié)議格式0OO1lSA6SA5SA4SA3SA2SAlOO0l10SA6SA5SA4SA3SA2SA】080lO01DA6DA5DA4DA3I2DA103系統(tǒng)軟件平臺設(shè)計主機管理軟件平臺采用VC+開發(fā)工具開發(fā),數(shù)據(jù)庫采用sQLServer2000,實現(xiàn)報警信息在電子地圖上的動態(tài)顯示及現(xiàn)場錄音等功能.管理平臺軟件架構(gòu)如圖3所示.系統(tǒng)接警后立即接人報警處理程序,自動控制彈出多級電子地圖,顯示報警的位置,并啟動遠程監(jiān)聽和錄音,同時記錄警情發(fā)生的時間,警種,處警時間,方式等;通過信息錄入模塊可完成電子地圖,用戶信?32?圖3系統(tǒng)軟件平臺架構(gòu)息的錄入;通過窗口

14、操作模塊完成對地圖的放大,縮小,測量距離等功能;通過圖層管理模塊實現(xiàn)圖層打開,編輯和修改等功能;通過信息查詢和錄/放音模塊完成報警信息與處理結(jié)果查詢及錄放音等功能;通過PCI通信模塊接收實時報警信息.4結(jié)論采用CAN總線進行智能聯(lián)防報警系統(tǒng)的研究與設(shè)計,能夠提高報警信息傳輸?shù)陌踩?可靠性和實時性,是解決廣大邊防鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)治安問題的有效方式.系統(tǒng)設(shè)計的CAN應(yīng)用層協(xié)議為以后系統(tǒng)升級提供了基礎(chǔ)和靈活的接口.該系統(tǒng)已實際應(yīng)用于吉林省延邊地區(qū)的邊防鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū),取得了良好的經(jīng)濟和社會效益.參考文獻1鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京:北京航空航天大學出版社,200i.2鄭凱,趙宏偉,陳鵬.基于M

15、t565的CAN總線智能節(jié)點的研究J.微計算機信息,2009(12):5961.3Krishnmnoorthy,Ratna.ControllerAreaNenorkasaserialcommunicationprotocolC.ProceedingsofMeddlingandSimulation,MS'2004.14BOSCHCompany.CANSpecificationVersion2.0Mj.Gemmny:BOSCHCompany,1991.【5PingRan,BaoqiangWang,WeiWang.TileDesignofCommunicationConverterbased

16、onCANBus;ProceedingsoftheIEEEInternationalCoifference011ndnstrialTechnology,2008:15.ResearchontheIntelligentJointdefenseAlarmSystemBasedonCANBusWANGChu-hang(NetworkCenterofChangchunNormalUniversity,Changehun130032,China)Abstract:ThroughanalyzingCAN(ControllerAreaNetwork)busprotocolanditstechnologyfeaturesandcommunicationprinciple,amethodofusingCANbustodesignallintelligentjointdefensealarmsystemWaSpresented,andthehardwarecircuits,applicationl