CAN总线在中央空调控制系统中的应用
摘要：介绍了基于CAN总线的中央空调控制系统,并对系统的总体设计方案及软、硬件设计进行了分析及讨论。该系统能实现高精度温度、湿度的自动控制。
关键词：现场总线CAN总线 单片机 控制系统
中央空调控制系统是智能建筑中不可缺少的组成部分。传统的控制方法是采用DDC（直接数字控制器）方式,将各个温度、湿度检测点和控制点连接到一台或多台DDC上,实行多点实时监控。由于现代智能建筑楼层较多,多个空调风机位于不同楼层,温、湿度检测点分布于各个房间,采用DDC方式进行控制具有引线过长、施工不便、系统通信的实时性和可靠性不高等缺点。
在各种通信方式中,面向工业控制的现场总线技术是目前解决工业控制现场数据通信问题的最佳方案。现场总线技术是在二十世纪80年代后期发展起来的一种先进的现场工业控制技术。它集数字通信、智能仪表、微机技术、网络技术于一身,从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字-模拟信号控制的局限性,为真正的“分散式控制,集中式管理”提供了技术保证。
现场总线的通信协议结构是根据国际标准化组织提供的开放系统互连模型（ISO/OSI）来制定的。本系统所采用的CAN总线是最早在我国得到应用的现场总线之一,它采用ISO/OSI七层框架中的物理层和数据链路层。CAN总线标准采用多主方式,网络上任何节点均可主动向其它节点发送信息,网络工点可按系统实时性要求分成不同的优先级。数据链路层采用短帧结构,每一帧为8个字节,易于纠错。发送期间丢失仲裁或出错的帧可自动重新发送,故障节点可自动脱离总线。CAN总线标准支持全双工通信,传输介质采用双绞线和光纤,传输速率可达1Mbps,节点数可达110个。其最大特点是废除了传统的站地址编码,而代之以对通信数据块进行编码。其容错能力和抗干扰能力强,传输安全性高。
1 中央空调控制系统的整体构成
中央空调控制系统的总体框图如图1所示。图中,上位机采用IBM-PC兼容机,负责系统控制的接收与管理、控制命令的发送、系统工作过程的实时显示等。各单元控制器作为下位机,采用ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为微处理器,负责本单元内空调风机机组的现场数据检测以及工作状态的控制等。单元控制器仙的CAN总线控制器SJA1000负责接收来自CAN总线的数据以及通过CAN总线向上位机发送数据。上位机通过插在PC总线扩展槽内的智能CAN总线通信适配卡连接CAN总线,并通过CAN总线与各单元控制器相连接。单元控制器也可以脱离上位机,直接进行现场手动控制。
系统的工作原理为：各单元控制器对单元的各检测点进行巡回检测,将检测数据按照CAN总线协议标准发送给上位机;上位机通过智能CAN总线通信适配卡接收各单元控制器上传的数据,根据操作者的指令或系统软件预选设定控制程序向各单元控制器发送控制命令,由单元控制器对各空调风机机组进行实时控制。若脱离上位机,单元控制器将根据软件设定的控制参数直接对空调风机机组进行自动控制。操作者可通过单元控制器上的小键盘对控制参数进行现场修改。
2 硬件设计
