基于CAN总线的智能联防报警系统研究

1、基于CAN总线的智能联防报警系统研究第3O卷第1期V01.3ONo.1长春师范学院(自然科学版)JournalofClmngchunNomralUniversity(NaturalScience)2011年2月Feb.20l1基于CAN总线的智能联防报警系统研究王出航(长春师范学院网络中心,吉林长春130032)摘要在分析CAN总线协议和技术特点及其通信原理的基础上,本文提出一种利用CAN总线构建智能联防报警系统的方法,设计相关硬件电路,应用层协议和软件架构,建立系统子机,分机和主机之间通讯的网络模型.实地安装测试表明,该智能联防报警系统满足"邻里互助,警民联动"的智能控制

2、要求,取得了良好的效果.关键词联防报警;CAN总线;智能控制中图分类号TP277文献标识码A文章编号1008178X(2011)010030040弓l言控制器局部网CAN(controllerAreaNetwork)是Bosch公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网,由于其卓越性能现已广泛应用于汽车工业,自动化控制,航空工业,环境控制及安全防护等众多领域.CAN总线规范已经被ISO国际标准组织制定为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519(低速应用)【2J,得到了国际上知名半导体公司如PHILIPS,INTEL和ATMEL等的支持,现已推出了不同功能和特点的CAN控制器芯片

3、,使得CAN的应用越来越广泛.我国村镇尤其是边境的村镇,居民住宅比较分散,离派出所距离比较远,当有突发事件时民警不能很快到达现场.为了解决这一问题,本文采用CAN总线构建了智能联防报警系统,使相邻的住户组成"联防报警组",一方面形成邻里互助,另一方面具有"110"接,处警能力,及时帮助群众解决突发事件.1系统整体结构1.1CAN网络节点控制在单个CAN网络里,如果每个节点分配一个唯一的识别符(ID),理论上总线容量可以达到2032个设备l3j3.但在实际应用中,不同的收发器芯片所支持的节点数不同,PHILI/公司的PCA82C250仅支持l10个节点.依

4、据CAN2.0标准规范,CAN包含数据链路层和物理层.其中链路层完成帧结构控制,仲裁执行,错误检测,出错标定,故障界定等功能,而物理层实现不同节点之间根据电气属性进行位信息的传输功能【4J.为了实现联防报警系统中各个节点的控制,首先由发送器节点触发发送事件,并执行发送命令TraCMD,CAN链路层和物理层负责将发送数据封装成CAN协议报文并完成数据发送.网络中的其他接收器节点接收到报文后,解析协议,执行RevCMD命令读取数据,并依据接收的ID判断该数据帧为广播帧还是特定目标帧,然后对所接收的数据采取相应的操作.1.2系统组网模型智能联防报警系统由报警子机,报警分机和主机组成,主机安装在派出所

5、,报警分机安装在联防组长家,报警子机安装在联防村民家.分机和子机之间通过CAN总线进行连接,分机和主机之间通过公共交换收稿日期20101129基金项目吉林省科技厅创新基金项目(SC0701022).作者简介王出航(1976一),女,吉林长春人,长春师范学院网络中心讲师,从事嵌入式系统与智能网络控制研究.?30?电话网PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)进行通讯.因此,CAN通信节点之间信息传输的可靠是保证报警系统正常工作的前提.CAN总线具有工作方式灵活,稳定性和容错性好等特点,且传输距离远,当通信距离达3300米时,其传输能力还能达到20Kbit/s5.系

6、统采用PHILIPS公司的CAN协议控制器SJA1000和CAN收发器PCA82C250来实现数据的传输.CAN收发器完成逻辑电平rrI1IJ与CAN物理层(CANH,CANL)电平之间的转换,而CAN协议控制器主要实现CAN链路层的功能,主要是接收和发送报文,并与主控制器STC89C58RD+进行通信.主控制器根据外部报警按键或接收报文触发报警或接警操作流程.系统组网模型如图1所示.主机(边防派出所)CAN总线ll报警分机(组长家)报警子机1(村民家)报警子机2(村民家)报警子机N(村民家)图1系统组网模型1.3系统功能特点大容量和灵活组网是系统的主要特点之一,每个报警分机可与多达109个报

7、警子机组成一个联防组,且报警点之间只需用一根两芯双绞线连接,布线简单.主机最多可覆盖255个报警组,包含上万个报警点.数据和语音传输是系统的另一主要特点,系统除了传输报警信息外,还能实现压缩语音数据传输,实现对报警现场的语音监听.智能报警接警和故障检测是系统的又一主要特点,当有警情或特殊情况发生时,按下报警子机或分机的"告警"按钮,组内的其它子机或分机均可收到该报警点的"号码(即ID)",发出告警音后自动进入监听状态.在系统空闲状态下,分机能定时地向网络内其他子机发送巡检命令,以检查各个子机的状态.2系统硬件组件设计系统的硬件部分包括子机硬件电路,分机硬

8、件电路及主机PCI接入控制板电路,分机电路除了比子机电路多电话接口外,其他电路相同.主机PCI接入控制板电路主要包括多路电话接口(可配置)及PCI接口电路,插入PC机扩展槽与系统软件平台实现通信.子机硬件电路主要包括语音压缩/解压缩模块,CAN接IZl模块和主控制器模块等,CAN接口由独立的CAN协议控制器SJk1000和CAN收发器PCA82C250及光电隔离电路组成,主控制器采用宏晶公司可在线编程微控制器STC89C58RD+.2.1CAN接口电路设计系统的CAN接口电路原理如图2所示.主控制器STC89C58RD+为SJA1000提供片选,读写等控制信号,?3I?SJA1000的CAN端

9、输出和输入引脚TX0和RX0通过光电隔离电路与收发器PCA82C250相连,PCA82C250的CANH和CANL引脚接至CAN物理总线上.数总一rXOlFLI/Il3I'Ir,r-'l宏tA,FlU隔离.rIZY0505lSSTC89C58RI)SJA1000RD:l微控川器r1.1'ITLPII3INTI.RX(】:.卜一图2CAN接口原理图SJA1000能够处理所有CAN2.0B规范的帧类型,而且还提供一些增强功能,使SJA1000能应用于更广的领域.它具有以下特点:灵活的微处理器接口;可编程的CAN输出驱动器;高达1Mbit/sCAN位频率;自身测试功能.STC

10、89C58RD+完成sJA1000的初始化以及CAN报文的发送和接收,初始化包括初始化工作模式,位速率,验收滤波器,收发报文缓存地址以及输出控制寄存器等.2.2CAN应用层协议设计CAN协议只规范了物理层和链路层,采用逐位仲裁的方式进行报文传输.本文采用CAN标准帧格式进行数据传输,其帧格式主要包括帧起始位(SOF),仲裁场(ArbitrationField),控制场(ControlField),数据场(DataField)以及CRC校验场.仲裁场由11位识别符和1位远程发送请求位(RTR)组成,RTR在数据帧里为"显性",在远程帧里为"隐性".控制场由

11、l位识别符扩展位(IDE)和1位保留位(10)及4位数据长度代码(DLC)组成,IDE在标准帧里为"显性",在扩展帧里为"隐性",保留位默认为"显性",数据长度代码指示数据场的字节数量,范围为0到8.为了实现CAN网络各个节点正确处理不同的报文,本文对标准帧格式的仲裁场(主要是ID)和控制场进行了详细的规划,设计了切实可行的应用层协议.共协议规范如表1所示.其中ID11ID10ID9定义为报文优先级,"000"具有最高优先级.ID8ID7定义为报文类型,"11"为报警信息报文,其后的ID6ID5

12、IIMID3ID2IDI为报警子机的源地址,数据长度代码为0;"l0"为语音信息报文,ID6ID5ID4ID3ID2ID1为报警子机的源地址,数据代码长度为08;"01"为巡检信息报文,由分机主动发起,ID6ID5ID4ID3ID2ID1为目标子机地址,目标子机收到该报文时,发送同样优先级的确认报文,报文目的地址为分机地址(默认为0),以通知分机该子机在线,否则为故障,巡检报文的数据代码长度为0.表1应用层协议规范CAN标准帧格式ID1lIDl0ID9ID8ID7)6ID5ID4ID3ID2IDlDLC4DIC3DLC2DLC1优先极帧类型源地址/目的地

13、址数据场字节数P3P2P1FI2Frl自定义协议格式0OO1lSA6SA5SA4SA3SA2SAlOO0l10SA6SA5SA4SA3SA2SA】080lO01DA6DA5DA4DA3I2DA103系统软件平台设计主机管理软件平台采用VC+开发工具开发,数据库采用sQLServer2000,实现报警信息在电子地图上的动态显示及现场录音等功能.管理平台软件架构如图3所示.系统接警后立即接人报警处理程序,自动控制弹出多级电子地图,显示报警的位置,并启动远程监听和录音,同时记录警情发生的时间,警种,处警时间,方式等;通过信息录入模块可完成电子地图,用户信?32?图3系统软件平台架构息的录入;通过窗口

14、操作模块完成对地图的放大,缩小,测量距离等功能;通过图层管理模块实现图层打开,编辑和修改等功能;通过信息查询和录/放音模块完成报警信息与处理结果查询及录放音等功能;通过PCI通信模块接收实时报警信息.4结论采用CAN总线进行智能联防报警系统的研究与设计,能够提高报警信息传输的安全性,可靠性和实时性,是解决广大边防乡镇地区治安问题的有效方式.系统设计的CAN应用层协议为以后系统升级提供了基础和灵活的接口.该系统已实际应用于吉林省延边地区的边防乡镇地区,取得了良好的经济和社会效益.参考文献1邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计M.北京:北京航空航天大学出版社,200i.2郑凯,赵宏伟,陈鹏.基于M

15、t565的CAN总线智能节点的研究J.微计算机信息,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