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基于以太網和CAN總線的樓宇自動化系統設計

作者: 時間:2012-11-21 來源:網絡 收藏

摘要:提出了一種使用技術和CAN技術實現的方案,并給出了軟硬件的具體實現辦法。該方案由主控計算機、通訊節點以及現場CAN節點構成一個分層網絡,其中節點由路由器和嵌入了TCP/IP協議棧的嵌入式系統構成,現場CAN節點由單片機、AD/DA轉換模塊、CAN模塊、傳感器及執行機構組成。系統具有容錯性好、實時性高,管理方便等優勢,可實現智能遙控,故障發現,集中管理等功能。
關鍵詞:以太網;

隨著現代化城市建設的發展,出現了越來越多的高層建筑,如何統一管理和監控建筑內公用的機電設備,成為當今研究的熱點方向之一。以“分散控制,集中管理”為基本思想,設計了一種基于以太網和的樓宇自動化。采用分層管理和控制,與傳統控制結構相比,每個現場設備節點都具有通信和控制能力,各自可以獨立控制而不依賴于主控計算機,同時也具有簡單的故障自動修復功能,因而只要控制規律確定以后,平時主控機只需要監視設備節點既可,這樣就提高了整個系統的自動化水平。所選的以太網和的組合,相比其他總線,軟硬件技術成熟、安全可靠、傳輸速度快且成本低廉、易于擴展和維護。

1 網絡結構設計
系統結構如圖1所示。系統設計兩層網絡,第1層是以太網,由路由器和交換機組成,負責連接主控機和各個區域的上位機,各上位機內嵌簡單的TCP/IP協議棧,通過以太網將其下的設備節點的狀態實時的反饋到主控機中,也可以接受主控機發送出的控制指令。以太網提供了冗余網絡結構,主控機的位置可以隨時移動,通過新的路由器接入網絡即可。第2層是CAN網絡,由CAN控制器和收發器組成,負責連接設備節點,將采集到的數據傳送至上位機,并接收上位機的命令消息。由于上位機實際上起到了一個網關的作用,因此兩層網絡結構擴大了通信的帶寬,減輕了總線的負擔。再加上CAN特有的非破壞性總線仲裁技術,即使在網絡負重很大的情況下,也不會出現網絡癱瘓情況。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/159681.htm

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2 硬件方案
上位機以NXP LPC2478為主芯片,由電源穩壓模塊、以太網收發器,隔離變壓器、CAN收發器等組成。LPC2478以ARM7為內核,它包括1個10/100以太網媒體訪問控制器(MAC)、1個帶4 kB終端RAM的USB全速設備/主機/OTG控制器、4個UART、兩路CAN通道、1個SPI接口、2個同步串行端口、3個I2C接口和1個I2S接口。同時還帶有1個4 MHz的片內振蕩器、98 kB RAM、以及一個外部存儲器控制器來支持上述的各種串行通信接口。電源穩壓模塊將輸入電源電壓濾波并穩定在3.3 V左右,可以防止電壓瞬時的下降導致的程序跑飛。CAN收發器采用PCA82C250,以太網接口用常見的的RJ45型網線接口。
設備節點使用STC89C52單片機作為微控制器,外擴SJA1000為CAN控制器,為便于調試,擴展電平轉換芯片MAX232作為備用調試通道。根據不同需要,還要連接不同的傳感器和其他執行機構,比如中央空調系統,可連接DS18B20溫度傳感器將溫度采集并以數字量直接傳送給STC 89C52,STC89C52則按預先設置好的方案,控制壓縮機工作。必要時可以由主控機發送控制命令,修改預先設置的方案參數。
將上位機的網口連接至交換機網口,路由器的LAN口也和交換器連接,路由器的WAN口連接進入樓宇局域網。


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