2017毕业论文-基于CAN总线的楼宇温控系统的设计.doc

哈 尔 滨 理 工 大 学毕 业 设 计 题 目：基于CAN总线的楼宇温控系统的设计院 系： 测通学院 测控技术与仪器 姓 名： 指导教师： 系 主 任： 2011年 6月24日哈尔滨理工大学学士学位论文基于CAN总线的楼宇温控系统的设计摘 要随着经济的发展，人们对自己赖以生存和歇息的环境也开始有了进一步的要求。我国的建筑供暖目前正处在发展的时期，传统供暖方式的缺陷日益突出，新的供暖方式不断涌现，环境保护、能源结构面临重大调整，政府不断出台新的供暖政策，这一切都为新型供暖方式的研究奠定了基础。采用传统的RS-485总线由于总线效率低、系统实时性差、应用不灵活等缺点，越来越不能适应大中型智能楼宇监控系统的需要。本论文介绍了基于 CAN 总线的楼宇温度控制系统的总体设计方案，并讨论了该系统在多用户条件下的智能化控制的具体设计。其中CAN接口适配卡、智能节点和报警节点的硬件和软件设计是本文介绍的重点。本设计采用CAN总线作为通信载体，构建了一套楼宇温控系统。该系统基于CAN2.0B技术规范，采用智能节点作为现场控制器控制房间地热电缆加热的启停并结合CAN总线自身的底层协议特点，设计了针对本系统的通信协议，通过 CAN 总线与主控计算机相连，控制、调节室内温度，达到节能环保的目的。上位管理机界面采用VC+设计，实现操作简单，管理灵活的特点。关键词CAN；现场总线；温控系统；智能节点Design of Temperature Control System in Buildings Based on CAN BusAbstractAlong with the economic development, people have some further requirements with the living and resting environment. In our country heating in buildings is currently in the developing period. The deficiencies of traditional way of heating are becoming more prominent. New heating methods are springing up. Environment protection and energy structure are faced regulating. Government introduces new policies of heating constantly. These are looking into some new ways of heating. The traditional RS-485 bus can not adapt to the monitoring systems requirements in some intellect buildings for its disadvantages, such as low efficiency, bad real-time and inflexibility. This paper describes the CAN bus based building temperature control system design plan, and discuss the system in multi-user intelligent control of the specific design. One CAN interface adapter cards, intelligent nodes and alarm node hardware and software design is the focus of this article describes.This design uses a CAN bus as the communication carrier to construct a building temperature control system. The system is based CAN2.0B technical specifications, using intelligent node controller to control the room as a site of geothermal heating start and stop the cable and the CAN bus with its own characteristics of the underlying protocol, designed for the system communication protocol, the host computer via the CAN bus and connected to the control, adjust the room temperature, to achieve energy saving purposes. Upper management machine using VC + + interface design, implementation, operation simple, flexible management features.Keywords CAN; Fieldbus; Temperature control system; Smart nodeIII- -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的目标和意义11.3 楼宇温控在国内外的现状21.4 课题研究的内容3第2章 系统设计方案及中CAN总线简介52.1 总体方案设计52.2 现场总线技术分类及选择52.3 CAN总线概述72.4 CAN报文的帧类型72.5 CAN总线应用层协议82.5.1 报文标识符分配设计82.5.2 CAN报文数据设计102.5.3 应用层协议命令集102.5.4 报文滤波142.5.5 CAN通信过程142.5.6 系统工作方式162.6 本章小结16第3章 系统硬件及软件设计173.1 系统的组成及设计要求173.2 CAN总线适配卡硬件设计183.3 中继节点硬件设计183.4 智能节点硬件设计193.4.1 温度采集单元203.4.2 液晶显示单元213.4.3 按键操作单元223.4.4 继电器单元233.5 报警节点的硬件设计243.5.1 单片机控制中心243.5.2 DTMF收发电路253.5.3 语音电路263.6 CAN接口适配卡软件设计273.7 中继节点软件设计293.8 智能节点软件设计303.8.1 温度数据采集程序设计303.8.2 按键程序设计313.8.3 液晶显示程序设计313.9 报警节点软件设计323.9.1 本地声光报警设计323.9.2 远程报警程序设计323.10 本章小结33结论35致谢36参考文献37附录38附录43千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 课题背景随着国民经济的发展，人民生活水平逐渐步入小康，人们对自己赖以生存和歇息的住宅也开始有了进一步的要求。计算机技术、通信技术、音像技术的综合发展，使得智能建筑IB（Intelligent Building）得以快速发展，其中楼宇自动化系统BAS（Building Automation System）是实现上述目标的关键。楼宇自动化系统采用传感技术、计算机技术和现代通信技术，实现对大厦内的空调、电力、电梯、供排水、防火、防盗和视频监控等设备实行综合自动管理，具有各种安全保护、运行监控和管理等功能。为了给用户提供舒适的内部环境，智能大厦的各个场所和房间温度应常年控制在某一特定的范围内，实现温度控制智能化1。我国北方地区气候寒冷，严寒给人们的生活和工作带来了极大的困难，人们希望将室内保持在适合人们生活工作的温度。因此，楼宇内必须提供采暖设施。传统的供暖系统多是以燃煤作为热源，通过加热水给室内供暖，这种供暖系统是国内长期使用的供暖方式，随之而来的也暴露出一些弊端，如：燃烧后的烟气造成环境空气污染、容易引起煤尘、燃烧不完全释放的有害气体、燃烧锅炉占地面积大、噪声大，运行使用时故障频繁，维护费用较高和供暖费用收费难，还会造成能源的大量浪费等等问题。也有一些地区采用燃油、燃气作为热源，同样，也造成空气污染、噪声污染等问题。这些问题都督促供暖设计人员改进技术，探求研究新型的系统供暖方法23。然而采用 RS-485 总线的智能楼宇系统由于总线效率低、系统实时性差、通讯可靠性低、应用不灵活等缺点，越来越不能满足大中型智能楼宇监控系统的需要。而 CAN 总线技术作为二十世纪九十年代兴起的现场总线技术，能够很好地解决这些问题。CAN 总线的控制系统可以适应工业控制领域分散化、网络化和智能化的发展趋势，现已成为控制领域的热门技术。在楼宇监控领域，采用 CAN 总线技术开发的监控系统，具有可靠性高、传输距离远和成本低等优势，因而具有巨大的应用潜力。1.2 课题研究的目标和意义基于CAN总线的温度控制系统实现了多用户条件下的智能化控制。采用智能节点作为现场控制器控制地热电缆加热的启动与停止，通过CAN总线与主控计算机相连，控制、调节室内温度，达到节能环保的目的。CAN总线不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高系统的技术指标。作为一种现场总线，基于CAN总线的系统造价低廉，网络搭建极为方便，非常适合目前工业生产的需求。此外，本论文采用的温控系统可以根据使用环境的具体要求进行功能扩展或裁减。对本论文提出的系统稍作修改就可以应用于工业生产中温度测量和温度控制。同时，在系统智能节点上挂载不同的测量传感器和控制量执行器，修改系统软件上的相应部分，就能组成实际所需的监控系统。因此，该系统具有很高的二次开发价值和一定的实际应用价值。1.3 楼宇温控在国内外的现状在国外，供暖系统主要采用的能源有：燃气、燃油、燃煤、电力、及太阳能。采用环保清洁的热源将是今后采暖的主要发展趋势。电是最清洁的能源，随着传统采暖方式的改变，电采暖一定会在将来得到广泛的应用。目前，国际上通用的电采暖技术，主要有北美国家的低温辐射电热技术，北欧等国流行的地热电缆技术。这些供暖系统首先是在欧美等电力充足的发达国家为了防御低温严寒创造性地应用辐射原理开发研制成功的，并且在欧美等国家已具有广泛使用的历史，像丹麦、挪威等国家，冬季气候寒冷，取暖面积大，他们就将地热技术应用于室内保温、融雪车道、足球场地、游泳池等设施的建设中45。在国内，主要有以下几种采暖形式：散热器热水采暖：在住宅的公共部位（例如楼梯间）设置供回水总立管，热水经供水总立管，到达经水平串联的每个采暖点的散热器，最后到回水总立管。为了解决水平串联式尾部散热器不热的问题，在每组散热器的尾部设放风口。此外，采用水平跨越式可以实现分室调节。应用散热器热水采暖有污染严重，噪声大、维护费用较高、供暖费用收费难、浪费能源、热舒适度差等缺点，大多数住户反映采暖期在室内常常感觉口干舌燥。低温热水地板辐射采暖：以不超过60的低温热水为热媒，通过分水器及设在地板构造层中的加热管把地板加热，再以房间的整个地面为散热面，均匀的向室内辐射热量。低温热水地板辐射采暖可维修性差。由于管道埋在地板内，属于隐蔽工程，系统一旦出现问题就必须挖开地面进行检修，给住户带来不便，住户普遍感觉室内更加干燥。电热膜、地热电缆采暖：电热膜采暖是以电为能源，通过电加热安装在居室顶面、墙面或地面的半透明聚铝膜，以红外辐射的方法供暖。地热电缆采暖由地热电缆和温控器两部分组成，地热电缆铺设在房间地面下的垫层内，温控器安装在墙面上，当室内温度低于温控器所设定的温度时，温控器会自动接通电源，地热电缆通电后开始发热升温，发出热量均匀的辐射到室内。这种方法采暖的热舒适度好，没有扬尘，操控灵活，并且适应环保的要求，使用电力不会造成空气污染6。目前电采暖供暖系统中所采用的控制方法主要有四种： 1. 独立控制：由用户独立控制采暖启停时间和加热温度，这种方式主要适合于家庭用户，但是不易于集中管理，有时会出现资源的浪费；2. 集中控制：多个用户采用串行总线实现集中控制，统一控制采暖启停时间和加热温度，这种方式适合于小集团采暖；3. 无线网络控制：这种方式适用于不易布线的楼宇采暖，但通信网络容易不稳定7；4. 现场总线控制：这种方式适合于楼宇大规模采暖。管理人员在控制室既可了解房间工作状况，也能对其参数进行调整，还可预测或寻找故障，使系统始终处于的远程监控状态。不同类型的楼宇温控系统总体结构不尽相同，但其核心功能是相同的。温控系统所用的设备通常放置在建筑环境内的系统集成中心SIC（System Integrated Center），它通过综合布线GC（Generic Cabling）与各种终端设备（如通信终端和传感器）相联接，感知建筑内各个房间中的信息，并通过计算机处理给出相应的对策，再通过通信终端或控制终端给出相应的反应（加热、停止加热等），使整幢大楼系统处于动态实时监控状态。现场总线技术的引入使得楼宇温控系统更加先进。现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线连接实现信息互换，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统，是计算机控制系统与通讯技术结合的产物，是新一代全数字、全分散和全开放的现场控制系统。 1.4 课题研究的内容课题研究了基于CAN总线的楼宇温控系统的相关技术，较全面地阐述了基于CAN总线的楼宇温控系统的实现过程。具体内容如下：1. 对楼宇温控系统的国内外发展现状及发展趋势作深入了解，并结合系统的应用环境对传统的供暖方式和供暖系统中的控制方式进行比较，最终确定系统的设计方案；2. 在认真研读CAN总线技术规范、分析CAN总线的特点基础上，根据系统需要完成的任务设计相应的智能节点并制定系统的通信协议；3. 基于CAN总线的楼宇温控系统的硬件和软件设计；4. 根据系统可能出现的故障问题，设计本地报警和远程报警，以及相应的故障解决方案；第2章 系统设计方案及中CAN总线简介2.1 总体方案设计系统上位管理机采用PC机，管理人员可以通过上位管理机对系统进行方便有效的管理。上位管理机完成系统参数、工作方式的设置，并存储各智能节点的所有信息。另外，报警节点可以在上位管理机关闭时接管上位管理机部分功能，对各智能节点进行巡检，在系统出现故障时实现报警。在各个受控房间内设有智能节点，智能节点接收并执行上位管理机的命令，执行温度测控和人机交互功能，并在有故障发生时可以切换到手动操作模式，保证房间温度适宜。同时，可以加入中继节点以增加智能节点的数目和传输距离。2.2 现场总线技术分类及选择现场总线技术于20世纪80年代开始形成和发展，这于计算机技术、嵌入式系统的高速发展是密不可分的。下面是获得广泛应用的几种现场总线技术：LonWorks总线：LonWorks是由美国Echelon公司于20世纪90年代初推出的现场总线。它采用了OSI模型的全部七层协议，使用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。其通信速率从300bps至1.5Mbps不等；支持双绞线、同轴电缆、光纤、红外线、电力线等多种通信介质。采用双绞线时，在78kbps下直接通信距离可达2700m；并开发了相应的本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。LonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的神经元芯片中。Neuron芯片集成有3个8位CPU，分工完成OSI模型的七层功能。Profibus总线：Profibus是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。由Profibus-DP，Profibus-FMS，Profibus-PA组成了Profibus系列。Profibus-PA（Process Automation）用于过程自动化的低速数据传输，其基本特征同FF的H1总线，可以提供总线供电和本质安全，并得到了专用集成电路（ASIC）和软件的支持。Profibus-PA与Profibus-DP兼容，基本特性同FF的H2总线，可实现高速传输，适用于分散的外部设备和自控设备之间的高速数据传输。Profibus-DP型用于分散外设间的高速数据传输，适于加工自动化领域的应用。Profibus-FMS意为现场信息规范，它适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。Profibus是一种相对而言比较成熟的总线，在工程上的应用十分广泛。基金会现场FF总线：FF总线是国际上几家现场总线经过激烈竞争后形成的一种现场总线，由现场总线基金会推出。与私有的网络总线协议不同，FF总线不附属于任何一个企业或国家。FF总线体系结构是以OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。FF现场总线还没有成为现场总线的国际统一标准。但是，它在过程自动化领域得到广泛支持，具有良好发展前景，并有望成为未来的统一标准或过程控制市场的主要标准。基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25kbps，通信距离达1900m（加中继器可延长），支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率可为1 Mbps和2.5Mbps，其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质支持双绞线、光纤和无线射频。HART：HART是Highway Addressable Remote Transduer的缩写，最早由Rosemout公司开发并得到80多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金会。HART通信模型由3层组成，即物理层、数据链路层和应用层。它规定了一系列命令，并按命令方式工作。它有3类命令：第一类为通用命令，这是所有设备理解、执行的命令；第二类为一般行为命令，它所提供的功能可以在许多现场设备中实现，包括最常用的现场设备的功能库；第三类为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开发使用，也可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设备中通常可发现同时存在这3类命令。HART支持点对点主从应答方式和多点广播方式，总线上可挂设备数多达15个，最大传输距离为3km8。CAN总线：CAN是控制局域网络（Control Area Network）的简称，最早由德国Bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO国际标准组织制定为国际标准。由于得到了Motorola，Intel，Philips，Siemence，NEC等公司的支持，它广泛应用在离散控制领域。CAN协议是建立在国际标准组织的OSI模型基础上的，取用了OSI七层中的物理层和数据链路层。CAN信号传输介质有光缆、双绞线等。通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭节点的功能，使总线上其他节点及其通信不受干扰。目前，许多厂商将CAN总线应用于工业及楼宇自动化中一些实时性要求高的场合。CAN总线目前已经广泛应用在控制领域9。综合以上各种总线的性能，考虑本系统的要求和性价比等因素，决定采用CAN总线作为温控系统的通信总线。2.3 CAN总线概述CAN总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。CAN实现全分布式多机系统且无主、从机之分；CAN用点对点、一点对多点及全局广播几种方式传送和接收数据；CAN总线网络上的节点信息分成不同的优先级,可满足不同的实时要求；CAN总线通讯距离最远可达l0km（传输率为5kbps），通讯速率最高可达1Mbps（传输距离40m）；CAN总线上节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达232种（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。CAN协议可分为3层：目标层、传送层、物理层。其中目标层和传送层包括了ISO/OSI定义的数据链路层的所有功能。目标层(LLC)的功能包括：确认要发送和接收的信息、超载通知和恢复管理，为应用层提供接口。传送层(MAC)的功能包括：数据帧组织、总线仲裁、介质访问管理、检错、错误报告、错误处理。物理层(PLS)是在物理传输媒体上传输各种数据的比特流，而不管数据的类型和结构如何，规定了机械、电气、功能、规程等特征10。2.4 CAN报文的帧类型CAN通信协议2.0A规定了4种不同的帧格式：数据帧、远程帧、错误帧和超载帧。其中数据帧用于传送数据，远程帧用于请求数据，超载帧用于扩展帧序列的延迟时间，而当局部检测出错条件后产生一个全局信号出错误帧。数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始标志位、仲裁场、控制场、数据场、CRC检查场、ACK应答场和帧结束标志位。数据场长度可为零。在CAN2.0B中存在两种不同的帧格式，其主要区别在于标识符的长度，具有11位标识符的帧称为标准帧，而包括29位标识符的帧称扩展帧。帧起始标志位(SoF)：数据帧开始于一个显性起始位，它以一个比特的显位出现，只有总线处于空闲状态时才允许节点发送，这个状态将结束总线空闲状态（被动状态），表明有某个节点设备开始发送消息并且所有站都必须同步于首先开始发送的那个站的帧起始前沿。仲裁场(rbitration Field)：由标识符(Identifier)和远程发送请求位（RTR）标志组成。对于CAN2.0A标准，标识符的长度为11位，这些位以从高位到低位的顺序发送，最低位为ID.0，其中最高7位不能全为隐位。在数据帧中，RTR位总设成0，而在远程帧中必须为1。对于CAN2.0B，标准格式和扩展格式的仲裁场格式不同。在标准格式中，仲裁场由11位标识符和远程发送请求位RTR组成。而在扩展格式中，仲裁场由29位标识符和替代远程请求SRR位、标识位和远程发送请求位组成，由标识符和远程发送请示位RTR组成。图2-1 扩展格式的仲裁场结构图扩展格式中的仲裁场结构图如图2-1所示。控制场：一共有六位组成，包括了四位数据长度码DLC和两个保留位r0和r1，数据长度码指出数据场的长度（允许08个字节），两个保留位在发送的时候必须为显性，但是接收器接收的显性与隐性位是位的组合。数据场：由数据帧中被发送的数据组成，它可以包括08个字节，每字节包含8个位。首先发送的是最高有效位，即MSB。循环冗余码（CRC）场：CRC场包括CRC序列和CRC界定符。应答场（ACK）位：长度为2个位，包含应答间隙和应答界定符。在应答场中，发送器送出两个隐位。一个正确的接收到有效报文的接收器，在应答间隙，将此信息通过发送一个显位报告给发送器。所有接收到匹配CRC序列的站，通过在应答间隙内把显位写入发送器的隐位来报告。应答界定符是应答场的第二位，并且必须是隐位，因此，应答间隙被两个隐位包围。帧结尾：每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定，这个标志序列由7个隐性位组成。2.5 CAN总线应用层协议2.5.1 报文标识符分配设计本系统采用的报文标识符格式见表2-1。表2-1 报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标识考虑本系统报文交互的特点，利用标识符空间加载有关的信息，减少它们在数据域内占用的空间。同时，注意标识符的格式要为报文滤波提供方便，我们采用了具有29位标识符的扩展帧格实现各类报文的区分，主要通过报文标识符中的内容来确定该帧报文的类型、目的地址、源地址、多帧标识和应答标识。根据系统设计的需要将总线上的信息分为以下几种类型：1. 信息类型（ID28ID25）：利用标识符空间加载有关的信息，将报文分为不同的类型。如：报警信息需要及时处理，应该分配较高的优先权。2. 目标地址标识（ID24ID14）：接收信息的智能节点地址标识。3. 源地址标识（ID13ID3）：发送信息的智能节点地址标识。4. 多帧标识（ID2ID1）：该标识是为数据超过8个字节的数据帧设计的。00为单帧报文；01为多帧报文起始帧；10为多帧报文中间帧；11为多帧报文结束帧。5. 应答标识（ID0）：该标识表明该报文是否需要应答。ID0=1时需要应答；ID0=0时不需要应答。本系统定义了以下信息类型（ID28ID25）：1. 0001命令：上位管理机、中继节点或者智能节点发送的报警信息。报警信息最紧急，设定报警信息的标识符最小，以便有最高的优先权。2. 0010命令：上位管理机、报警节点或中继节点发送的对智能节点点名的信息。3. 0011命令：智能节点或中继节点发送的应答信息。智能节点或中继节点收到点名信息后发送应答信息。4. 0100命令：上位管理机向智能节点发送要求返回数据的信息。在数据域内设置要求的数据。5. 0101命令：智能节点向上位管理机返回数据的信息。智能节点返回的数据包括时间段数据、累计加热时间数据和温度数据，通常为多帧报文发送。6. 0110命令：上位管理机设置定时工作加热时间段的信息。时间段数据存放在数据域。7. 0111命令：上位管理机设置温控工作方式时上下限温度。温度数据存放在数据域。8. 1000命令：上位管理机将智能节点设置为定时工作方式。9. 1001命令：上位管理机将智能节点设置为温控工作方式。10. 1100命令：广播命令。新增智能节点命令，智能节点加入系统之前为方便写入程序都设置同一源地址，组建系统时上位管理机需要修改该地址。这样系统可以方便地新增智能节点。11. 1101命令：广播命令。上位管理机发送修改系统波特率的命令，上位管理机发送命令统一系统所有智能节点的波特率。12. 1110命令：广播命令。上位管理机发送设置实时时钟的命令，上位管理机发送命令统一系统所有智能节点的实时时钟。标识符分配需要考虑发送不同报文源、目标地址的优先级。源、目标地址各占11位，高4位表示中继节点，低7位表示该中继节点下面挂接智能节点。2.5.2 CAN报文数据设计CAN报文中数据域主要传输两种数据：时间数据和温度数据。单帧报文每一帧能发送8个字节数据。多帧报文的数据域第一字节MsgIndex表示当前帧在多帧报文中的索引值，即第一帧MsgIndex=00000000，第二帧MsgIndex=00000001，第三帧MsgIndex=00000010，其他帧的编码以此类推，这样多帧报文一帧最多可以发送7个字节数据。时间数据分为时间累计加热时间数据和时间段数据。当发送时间段数据时以10分钟为一个单位，一天可以分为144个单位，这样就可以用一个字节8位表示出来，如表示时间段时，只需要用两个字节分别表示启始时间点和结束时间点。如果要得到具体时间点，可以用时间数据除以6，得到商为小时，余数为分钟十位数。如1436=23余5，就表示时间是23点50分。当发送累计加热时间数据时，以分钟为单位，用三个字节存放，这样就可以发送足够大的累计加热时间数据。温度数据需要表示-50+50范围内的温度。每一字节第7位表示零上或是零下，第7位为0则为零上，第7位为1则为零下。如10000011表示-3。2.5.3 应用层协议命令集2.5.3.1 上位管理机报警、中继报警、智能节点发送报警命令上位管理机、中继节点和智能节点发现故障时向报警节点发送各种报警信息。例如，地址为0001 00000001的智能节点向报警节点发送报警信息，不要求应答，如果故障没有得到解除就会每隔规定时间发送一次报警信息。报警报文标识符格式如表2-2所示表2-2 报警报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记00010000 00000010001 00000010002.5.3.2 上位管理机点名命令 点名的时候上位管理机只需发送点名命令到中继节点，由中继节点对挂接在该中继节点下的智能节点点名。例如，上位管理机发送信息让中继节点0001 0000000对其下挂接的智能节点点名，要求中继节点收到信息后应答，上位管理机点名报文标识符格式如表2-3所示：表2-3 上位管理机点名报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记00100001 00000000000 00000000012.5.3.3 中继节点点名命令中继节点收到上位管理机点名命令后对其下挂接的所有智能节点点名。例如：地址为0001 0000000的中继节点对自身下面挂接的智能节点0001 0000001点名，要求应答。中继节点点名报文标识符如表2-4所示表2-4 中继节点点名报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记00100001 00000010001 00000000012.5.3.4 智能节点应答命令智能节点收到点名信息后返回自身工作状态是否正常。正常时发送0个字节，不正常时，在数据域中放置错误类型发送给中继节点。地址为0001 0000001的智能节点收到点名信息后向地址为0001 0000000的中继节点发送应答信息。应答报文标识符格式如表2-5所示表2-5 智能节点应答报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记00110001 00000000001 00000010002.5.3.5 中继节点应答命令中继节点收到挂接在其下的各个智能节点返回的应答信息后保存，并向上位管理机发送应答信息。由于要向上位管理机返回多个智能节点信息，所以可能需要采用多帧报文。中继节点0001 0000000向上位管理机应答。报文标识符格式如表2-6所示。表2-6 中继节点应答报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记00110000 00000000001 00000000112.5.3.6 上位管理机向智能节点发送要求返回数据命令上位管理机要求智能节点返回时间段数据、时间长度数据或者温度数据，在数据域第一字节中指定数据类型。如上位管理机向目标地址为0001 0000001的智能节点要求返回数据，该报文标识符格式如表2-7所示。表2-7 上位管理机请求数据报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记01000001 00000010000 0000000012.5.3.7 智能节点向上位管理机返回数据的命令智能节点收到上位管理机要求返回数据命令后相应地返回数据。包括加热时间段数据、累计加热时间数据和温度数据。地址为0001 0000001的智能节点向上位管理机返回数据。报文标识符格式如表2-8a2-8c所示表2-8a 返回多帧报文起始帧标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记01010000 00000000001 0000001011表2-8b 返回多帧报文中间帧标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记01010000 00000000001 0000001101表2-8c 返回多帧报文结束帧标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记01010000 00000000001 00000011112.5.3.8 设置智能节点定时工作时加热时间段命令设置智能节点定时工作方式下的加热时间段，数据在数据域发送。如设置目标地址为0001 0000001的智能节点加热时间段。该命令报文标示符格式如表2-9所示表2-9 设置加热时间段报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记01100001 00000010000 00000000012.5.3.9 设置智能节点温控工作方式上下限温度的命令智能节点温控方式时上下限温度，温度数据在数据域发送。如上位管理机设置目标地址为0001 0000001的智能节点上下限温度该命令报文标示符格式如表2-10所示表2-10 设置温控工作方式时上下限温度报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记01110001 00000010000 00000000012.5.3.10 设置智能节点定时工作方式命令上位管理机设置智能节点为定时工作方式。设置地址为0001 0000001的智能节点为定时工作方式。该命令报文标识符格式如表2-11所示表2-11 设置为定时工作方式命令报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记10000001 00000010000 00000000012.5.3.11 新增智能节点命令智能节点加入系统之前为方便写入程序将所有智能节点源地址统一设置为 0000 0000011，接入系统后由上位管理机修改该源地址。上位管理机发送命令修改智能节点源地址，将新的源地址、ACR以及AMR的值在数据域发送，要求应答。新增智能节点命令报文标识符格式如表2-12所示。表2-12 新增智能节点命令报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记11000000 00000110000 00000000012.5.3.12 设置智能节点温控工作方式命令上位管理机设置智能节点为温控时工作方式。设置地址为0001 0000001的智能节点为温控工作方式。命令报文标识符格式如表2-13所示表2-13 设置为温控工作方式命令报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记10010001 00000010000 00000000012.5.3.13 修改波特率命令广播命令，上位管理机向所有智能节点发送修改波特率的命令，不用应答。需要所有的智能节点接收该报文，修改波特率命令格式如表2-14。表2-14 修改波特率命令标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记11010000 00000000002.5.3.14 上位管理机设置系统实时时钟的命令广播命令，上位管理设置系统实时时钟，管理员可以通过这条命令调整系统的波特率，使系统既能有合适的通信速度的同时又能保证数据传输的可靠性。其命令报文标识符格式如表2-15所示。表2-15 设置实时时钟命令报文标识符格式ID28ID25ID24ID14ID13ID3ID2ID1ID0信息类型目标地址标识源地址标识多帧标识应答标记11100000 00000000002.5.4 报文滤波报文滤波是CAN总线技术最有用的特色之一，通过报文滤波，可以很容易地实现点对点，广播的通信。如何利用好这一机制来为系统通信提供方便是CAN应用协议的一个重要部分。本系统需要实现点对点和广播方式的通信，系统上位管理机、报警节点和智能节点均采用扩展帧的双滤波方式11。2.5.5 CAN通信过程根据模块化编程思想，将CAN通信软件分为CAN总线初始化模块、报文接收模块、报文发送模块和错误处理模块。将各种基本的CAN通信功能模块设计成接口函数，以便应用时直接调用。CAN总线初始化包括操作模式的设置、验收滤波器的设置、总线定时的设置及中断的设置等几项。验收滤波器的设置决定了本节点所接收的报文的格式。总线定时器用来设置CAN总线上数据传输的波特率。CAN总线软件结构模型如图2-2图2-2 CAN总线软件结构图CAN总线本身提供了较完善的总线仲裁、错误检测和故障界定等功能，所以发送程序的设计比较简单。将发送报文写入发送缓冲器，并置位“发送请求”即可。在错误处理模块中，通过在CAN中断服务函数中读取中断寄存器的内容来判断CAN总线上是否有错误发生，从而执行相应程序。当智能节点发生通信错误时，可通过重新初始化CAN控制器来恢复CAN通信。报文的接收可以采用查询方式或者中断方式，本系统中采取中断方式。中断函数中首先将接收到的CAN帧放入缓冲区，再根据各种标识、源地址和序列标识将CAN帧中的数据重新组合，即打包，最后将数据包插入队列。从CAN总线接收数据时，只需读取队列即可。例如我们可以在程序主循环中读取队列，并根据其中的命令或数据执行相应的操作或运算。通过队列操作，在执行命令或处理数据的过程中，仍可以通过中断接收新的命令或数据，避免了同时读写缓冲区造成的冲突。在这需要非常引起注意的细节是：命令的执行必须在队列填满之前完成，否则必须淘汰一个旧的数据包。2.5.6 系统工作方式本系统采用三种工作方式：定时方式、温控方式和手动方式。定时方式：根据各个房间的温度需求规定每天几个加热时间段。在设计加热时间段时，已经考虑好房间的各个因素，为了保证系统能安全可靠的运行，则需要保证三相电源的平衡，在A、B、C相所接的地热电缆功率应基本平衡，最大相差不超过总功率的10%。所以，在加热时间段里直接投放地热电缆。温控方式：根据各个房间当时的温度来决定是否需要加热。上位管理机查询各个房间的温度，与存储的房间适宜温度相比较，如果低于设定的下限温度值时就对该房间加热；当温度达到设定的上限温度值时就停止加热。手动方式：在线路发生故障时，各智能节点启动键盘切换到手动工作方式，用户通过按