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【摘 要】本文结合宾馆、酒店的客房控制和管理的工程项目，提出CAN 总线技术在智能建筑集散控制系统中的应用研究，该项目针对宾馆、酒店的客房控制和管理具有分散控制和集中管理的特点，确定了客房控制系统的总体技术方案，根据总体技术方案设计，完成了CAN中继器及CAN控制器硬件电路设计和相关应用软件的开发。
【关键词】智能建筑 CAN总线 集散控制
一、引言
智能建筑楼宇自控系统具有分散控制和集中管理的特点，采用传统的控制系统结构方案，则布线复杂、维修困难、成本高、可靠性低、可扩展性差。由于现场总线技术具有结构简单、可靠性高，安装、调试、维护方便等显著的技术优点，因此，现代智能建筑楼宇自控系统越来越广泛地应用了现场总线技术。本文结合宾馆、酒店的客房控制和管理的工程項目，提出CAN 总线技术在智能建筑集散控制系统中的应用研究，该项目针对宾馆、酒店的客房控制和管理具有分散控制和集中管理的特点，确定了客房控制系统的总体技术方案，根据总体技术方案设计，完成了CAN中继器及CAN控制器硬件电路设计和相关应用软件的开发。
二、系统总体方案设计分析
客房控制和整个系统包括三层，现场控制层、监控层和管理层。现场控制层主要是宾馆内的各客房控制器或其它控制设备；以一个客房节点为例，每个客房控制器可对客房内部的空调、灯、背景音乐、门铃、报警等各种设备进行控制，还可接收客户的需求信息，并将信息上传给监控层的通信控制器。监控层通信控制器的主要任务是过滤信息量，并将信息上传给管理层，同时接收管理层的控制指令，对记录数据和各节点进行操作。各楼层的中继器则可增加节点的最大数目，扩大通信距离。管理层主要由中央服务器、总台PC、工程部PC、服务中心PC等组成，主要用于信息的综合管理与控制，具有汇总各个节点上传信息、综合决策、数据查询及处理、故障诊断、通信管理等功能。系统的第一层和第二层均采用CAN总线技术进行通讯，在第三层管理层各PC通过以太网进行通讯。本文所做的主要研究工作就是底层的设备监控网络通讯技术，主要包括楼层中继器的设计以及智能通讯控制器的设计。
（一）CAN中继器的结构设计
CAN中继器的硬件电路结构如图1所示。主要包括主控制器、时钟电路、复位与看门狗电路、供电电路、CAN总线接口电路等。主控制器作为中继器的核心，它完成所以的控制功能，是必不可少的。数据链路层和物理层是保证通信质量至关重要的部分，也是通讯网络中最复杂的部分。CAN控制器就扮演了这个角色，它是以一块可编程芯片上的逻辑电路的组合来实现这些功能，对外它提供了与微处理器的物理线路的接口。通过对它的编程，CPU可以设置它的工作方式，控制它的工作状态，进行数据的发送和接收，把应用层建立在它的基础之上。目前的CAN控制芯片有两中类型，一种是独立的，一种是和微处理器集成在一起的，前者在使用上比较灵活，它可以和多种类型的单片机进行接口组合，后者结构紧凑，电路设计简单。CAN总线驱动器提供了CAN控制器与物理总线之间的接口，是影响系统网络性能的关键因素之一。在CAN控制器与总线驱动器中间又加入了光电隔离器，这样就不仅实现了两路CAN接口之间的电气隔离，也实现了中继器与CAN总线的隔离。虽然为此在一定程度上增加了中继器硬件的复杂性，增加了一定的成本，但却是值得的。采取隔离措施，可使故障局限在某一网段内，而不至于影响其他网段，既便于维护又保证了系统设备的安全。
（二）CAN控制器的结构设计
CAN智能通讯控制器在整个系统的网络中起着承上启下的作用，负责下层控制网络与上层管理网络之间的衔接。从功能上看，CAN智能通讯控制器与CAN中继器有一定的相似性，都要实现两个不同网络的连接，都具有报文转发的功能，但CAN智能通讯控制器的功能无疑更为强大。中继器实现的网络连接只是网络简单的物理上的扩展，而智能通讯控制则是整个通讯协议的转换。中继器对信息传输透明，智能通讯控制器则对信息加工过滤，对整个控制网络信息具有一定的管理职能。在管理级PC出现故障时，智能通讯控制器能够维持网络正常运行，对信息记录更新，进行简单管理操作，在管理级PC恢复时，将信息上传，由管理级PC做进一步处理。
CAN总线通信控制器的结构如图2所示。主要包括主控制器、时钟电路、复位与看门狗电路、供电电路等，时钟保持电路、非易失性EEPROM存储器、CAN总线接口电路和RS232接口电路。同时，控制器还配置了4个LED指示灯，分别用于系统上电、CAN通信、RS232通信和系统通信故障的指示，以方便系统的调试和对控制器运行状况的监测。RS232接口电路主要用于主控制器单片机与管理层中央服务器PC的双向数据传送。时钟保持电路其内部含有实时时钟和日历，用于对各个节点的时钟进行调整。EEPROM用于记录各个节点的最新信息，便于系统进行管理。
三、CAN中继器的软件设计
CAN中继器软件主要包括以下一些子程序：初始化子程序，主监控程序，接收中断子程序和发送子程序等。
在程序初始化中，单片机的初始化部分包括：内存清空（RAM）、中断设置、计数器赋初值、IO处理等。单片机采用外部中断的方式访问CAN控制器SJA1000，若SJA1000向单片机发出中断信号，单片机跳转到中断处理程序中对SJA1000进行处理，实现CAN通讯，并对相应的标志位（这些标志位在单片机RAM中已经预先定义，用来表示SJA1000的各种状态）置位和复位。在程序的主循环中，单片机通过对SJA1000这些状态标志位的判断，完成接收数据处理、错误处理等工作。单片机的控制部分程序主要有：检测系统是否有数据和执行信息需要上传到网络，如有则应调入CAN的接受子程序。接受数据后再调用CAN发送子程序。
程序主流程。系统主流程如图3所示，程序在初始化以后进入主循环，首先查询CAN的接收标志位和串口的接收标志位（这两个标志位在程序初始化时已经在单片机RAM中定义，当单片机中断接收到CAN总线数据或者串口数据时，会对这些标志位置位），若CAN的接收标志位置位，则将接收到的数据写入外存储器的数据库中，并判断是否需要将数据上传给上层的PC，如果需要则调用串口发送子程序；若串口接收标志位置位，说明收到管理级PC的控制指令，根据控制指令的要求散转到各个控制子程序段，如数据库操作、网络校时等，控制指令需要下传到具体节点的要将信息帧转化成CAN的帧格式下传。 在酒店客房管理系统中，定义的PC下传控制指令有三条：
1.数据库初始化指令；智能通讯控制器接收到该指令后，将外存储器数据库中的房态数据依次上传，对管理层PC的数据库进行初始化。
2.指定房间状态上传指令；该指令要求智能通讯控制器上傳指定房间状态信息。
3.网络校时指令；该指令对智能通讯控制器中的时钟芯片校时，智能通讯控制器将校正后的时间信息以广播帧的形式传送到CAN总线上，对总线上各节点校时。
在判断完CAN的接收标志位和串口的接收标志位以后，程序对定时标志位进行判断，若其置位表示定时时间到，智能通讯控制器向CAN总线上发送远程帧，各个客房节点接收到远程帧后发送相应的房态信息，实现智能通讯控制器内房态数据库的更新，同时也完成了客房节点与智能通讯控制器的定时联络。
CAN智能节点、CAN中继器和CAN智能通讯控制器，再加上网络的布线，就能够实现一个完整的CAN监控网络。如果把网络系统扩展到管理层的以太网，则系统的设计还应包括管理层PC的软件开发，设计的具体内容包括：系统初始化、通讯管理、数据处理、状态显示、文件传送等模块。
四、结束语
整个客房控制系统采用了CAN总线进行通信的分级分布式控制系统，发挥了“分散控制，集中管理”的优点；由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。平。
参考文献：
[1] 张瑞武. 智能建筑的系统集成及其工程实施[M]. 北京：清华大学出版社，2012.
[2] 王波. 智能建筑基础教程[M]， 北京：机械工业出版社2012
[3] 王娜，王俭，段晨东. 智能建筑概论[M]. 北京：人民交通出版社， 2012.
[4] 吴立新. 论智能大厦的集散型楼宇自控系统[J]. 工业控制计算机， 2012 （7）：50-51.
[5] 薛颂石. 智能建筑与综合布线系统[M]. 北京：人民邮电出版社，2012.
[6] 陆伟良. 智能小区与智能住宅[M]. 北京：高等教育出版社， 2012.
【关键词】智能建筑 CAN总线 集散控制
一、引言
智能建筑楼宇自控系统具有分散控制和集中管理的特点，采用传统的控制系统结构方案，则布线复杂、维修困难、成本高、可靠性低、可扩展性差。由于现场总线技术具有结构简单、可靠性高，安装、调试、维护方便等显著的技术优点，因此，现代智能建筑楼宇自控系统越来越广泛地应用了现场总线技术。本文结合宾馆、酒店的客房控制和管理的工程項目，提出CAN 总线技术在智能建筑集散控制系统中的应用研究，该项目针对宾馆、酒店的客房控制和管理具有分散控制和集中管理的特点，确定了客房控制系统的总体技术方案，根据总体技术方案设计，完成了CAN中继器及CAN控制器硬件电路设计和相关应用软件的开发。
二、系统总体方案设计分析
客房控制和整个系统包括三层，现场控制层、监控层和管理层。现场控制层主要是宾馆内的各客房控制器或其它控制设备；以一个客房节点为例，每个客房控制器可对客房内部的空调、灯、背景音乐、门铃、报警等各种设备进行控制，还可接收客户的需求信息，并将信息上传给监控层的通信控制器。监控层通信控制器的主要任务是过滤信息量，并将信息上传给管理层，同时接收管理层的控制指令，对记录数据和各节点进行操作。各楼层的中继器则可增加节点的最大数目，扩大通信距离。管理层主要由中央服务器、总台PC、工程部PC、服务中心PC等组成，主要用于信息的综合管理与控制，具有汇总各个节点上传信息、综合决策、数据查询及处理、故障诊断、通信管理等功能。系统的第一层和第二层均采用CAN总线技术进行通讯，在第三层管理层各PC通过以太网进行通讯。本文所做的主要研究工作就是底层的设备监控网络通讯技术，主要包括楼层中继器的设计以及智能通讯控制器的设计。
（一）CAN中继器的结构设计
CAN中继器的硬件电路结构如图1所示。主要包括主控制器、时钟电路、复位与看门狗电路、供电电路、CAN总线接口电路等。主控制器作为中继器的核心，它完成所以的控制功能，是必不可少的。数据链路层和物理层是保证通信质量至关重要的部分，也是通讯网络中最复杂的部分。CAN控制器就扮演了这个角色，它是以一块可编程芯片上的逻辑电路的组合来实现这些功能，对外它提供了与微处理器的物理线路的接口。通过对它的编程，CPU可以设置它的工作方式，控制它的工作状态，进行数据的发送和接收，把应用层建立在它的基础之上。目前的CAN控制芯片有两中类型，一种是独立的，一种是和微处理器集成在一起的，前者在使用上比较灵活，它可以和多种类型的单片机进行接口组合，后者结构紧凑，电路设计简单。CAN总线驱动器提供了CAN控制器与物理总线之间的接口，是影响系统网络性能的关键因素之一。在CAN控制器与总线驱动器中间又加入了光电隔离器，这样就不仅实现了两路CAN接口之间的电气隔离，也实现了中继器与CAN总线的隔离。虽然为此在一定程度上增加了中继器硬件的复杂性，增加了一定的成本，但却是值得的。采取隔离措施，可使故障局限在某一网段内，而不至于影响其他网段，既便于维护又保证了系统设备的安全。
（二）CAN控制器的结构设计
CAN智能通讯控制器在整个系统的网络中起着承上启下的作用，负责下层控制网络与上层管理网络之间的衔接。从功能上看，CAN智能通讯控制器与CAN中继器有一定的相似性，都要实现两个不同网络的连接，都具有报文转发的功能，但CAN智能通讯控制器的功能无疑更为强大。中继器实现的网络连接只是网络简单的物理上的扩展，而智能通讯控制则是整个通讯协议的转换。中继器对信息传输透明，智能通讯控制器则对信息加工过滤，对整个控制网络信息具有一定的管理职能。在管理级PC出现故障时，智能通讯控制器能够维持网络正常运行，对信息记录更新，进行简单管理操作，在管理级PC恢复时，将信息上传，由管理级PC做进一步处理。
CAN总线通信控制器的结构如图2所示。主要包括主控制器、时钟电路、复位与看门狗电路、供电电路等，时钟保持电路、非易失性EEPROM存储器、CAN总线接口电路和RS232接口电路。同时，控制器还配置了4个LED指示灯，分别用于系统上电、CAN通信、RS232通信和系统通信故障的指示，以方便系统的调试和对控制器运行状况的监测。RS232接口电路主要用于主控制器单片机与管理层中央服务器PC的双向数据传送。时钟保持电路其内部含有实时时钟和日历，用于对各个节点的时钟进行调整。EEPROM用于记录各个节点的最新信息，便于系统进行管理。
三、CAN中继器的软件设计
CAN中继器软件主要包括以下一些子程序：初始化子程序，主监控程序，接收中断子程序和发送子程序等。
在程序初始化中，单片机的初始化部分包括：内存清空（RAM）、中断设置、计数器赋初值、IO处理等。单片机采用外部中断的方式访问CAN控制器SJA1000，若SJA1000向单片机发出中断信号，单片机跳转到中断处理程序中对SJA1000进行处理，实现CAN通讯，并对相应的标志位（这些标志位在单片机RAM中已经预先定义，用来表示SJA1000的各种状态）置位和复位。在程序的主循环中，单片机通过对SJA1000这些状态标志位的判断，完成接收数据处理、错误处理等工作。单片机的控制部分程序主要有：检测系统是否有数据和执行信息需要上传到网络，如有则应调入CAN的接受子程序。接受数据后再调用CAN发送子程序。
程序主流程。系统主流程如图3所示，程序在初始化以后进入主循环，首先查询CAN的接收标志位和串口的接收标志位（这两个标志位在程序初始化时已经在单片机RAM中定义，当单片机中断接收到CAN总线数据或者串口数据时，会对这些标志位置位），若CAN的接收标志位置位，则将接收到的数据写入外存储器的数据库中，并判断是否需要将数据上传给上层的PC，如果需要则调用串口发送子程序；若串口接收标志位置位，说明收到管理级PC的控制指令，根据控制指令的要求散转到各个控制子程序段，如数据库操作、网络校时等，控制指令需要下传到具体节点的要将信息帧转化成CAN的帧格式下传。 在酒店客房管理系统中，定义的PC下传控制指令有三条：
1.数据库初始化指令；智能通讯控制器接收到该指令后，将外存储器数据库中的房态数据依次上传，对管理层PC的数据库进行初始化。
2.指定房间状态上传指令；该指令要求智能通讯控制器上傳指定房间状态信息。
3.网络校时指令；该指令对智能通讯控制器中的时钟芯片校时，智能通讯控制器将校正后的时间信息以广播帧的形式传送到CAN总线上，对总线上各节点校时。
在判断完CAN的接收标志位和串口的接收标志位以后，程序对定时标志位进行判断，若其置位表示定时时间到，智能通讯控制器向CAN总线上发送远程帧，各个客房节点接收到远程帧后发送相应的房态信息，实现智能通讯控制器内房态数据库的更新，同时也完成了客房节点与智能通讯控制器的定时联络。
CAN智能节点、CAN中继器和CAN智能通讯控制器，再加上网络的布线，就能够实现一个完整的CAN监控网络。如果把网络系统扩展到管理层的以太网，则系统的设计还应包括管理层PC的软件开发，设计的具体内容包括：系统初始化、通讯管理、数据处理、状态显示、文件传送等模块。
四、结束语
整个客房控制系统采用了CAN总线进行通信的分级分布式控制系统，发挥了“分散控制，集中管理”的优点；由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。平。
参考文献：
[1] 张瑞武. 智能建筑的系统集成及其工程实施[M]. 北京：清华大学出版社，2012.
[2] 王波. 智能建筑基础教程[M]， 北京：机械工业出版社2012
[3] 王娜，王俭，段晨东. 智能建筑概论[M]. 北京：人民交通出版社， 2012.
[4] 吴立新. 论智能大厦的集散型楼宇自控系统[J]. 工业控制计算机， 2012 （7）：50-51.
[5] 薛颂石. 智能建筑与综合布线系统[M]. 北京：人民邮电出版社，2012.
[6] 陆伟良. 智能小区与智能住宅[M]. 北京：高等教育出版社， 2012.