智能停车场的现场总线CAN-bus网络

1 前言 

     随着社会生活方式的不断变化，科技的不断进步，人们要求更加人性化、智能化的生活条件。不用事必躬亲，尽可能地让智能系统代替手工方式，来进行有效的管理和执行。当前越来越复杂的交通状况，如行路难、停车难等问题大大降低了城市的工作和生活效率，迫使我们寻找一个能够方便解决问题的办法。智能化的停车场便在这样的背景下应运而生了。智能停车场的产生不但规范了城市交通管理和车辆管理水平，扩充了城市的容量，在安全防范方面也有巨大的保障，同时还能方便的和其他智能系统接口（如智能大厦、智能小区等），组成更完善的物流及设备管理系统。 

2 智能停车场通讯现状 

     目前停车场的智能化程度不一，管理也缺乏有序性，设施之间也通用性也较差，造成系统集成商和用户的设备选型品种较少，实现的功能不全，系统特点不鲜明等不足。按智能停车场的通讯方式分析，早期的一部分厂商采用了串行的RS-485总线或RS-232总线作为设备之间的通讯方式；同时，有一部分先进的厂商已经采用了CAN-bus总线或以太网EtherNet 作为网络通讯方式。
 
     采用RS-232方式通讯的停车场系统有非常大的局限性，只能实现点对点操作，中央处理器的负担较大，不便于系统扩充，可通讯距离非常短，不适于远程操作；而且，系统成本较高。采用RS-485总线的系统在整体性能上好于RS-232的系统，因其是总线形式，方便扩充，但是随着停车场系统智能化程度要求越来越高，功能越来越强，总线的节点越来越多的情况下，RS-485的总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等不足和缺陷逐渐体现出来；智能停车场的系统扩展也受到RS-485本身的制约，越来越不能适应大中型智能停车场的控制需要。 

     先进的的CAN-bus总线通讯系统是智能停车场的主流发展方向。使用这种工业级的通讯方式，可以保证通讯数据的可靠性、实时性；并且，实际建设中，CAN-bus总线成本和RS-485 方式成本大体相当，甚至，在较大型的停车场系统中，CAN总线的整体成本还略低于RS-485 系统。由于CAN总线容错性能好，可以大大降低后期的维护、维修、扩充成本。但是，目前的智能停车场多数采用了CAN-bus总线和RS-232、RS-485通讯混合使用的方式，在一定程度上会造成网络负载不平衡，限制了CAN-bus总线发挥最大限度的性能优势。下面将以CAN-bus总线组建的停车场收费和管理系统为例，介绍一整套的智能停车场改进方案，从而体现出CAN-bus总线的整体优势。 

3 智能停车场CAN-bus方案 

3.1 CAN-bus简介 

     CAN（Controller Area Network）总线最早由德国BOSCH公司提出，主要用于汽车内部测量与控制中心之间的数据通信。由于其良好的性能，在世界范围内广泛应用于其他领域当中，如工业自动化、汽车电子、楼宇建筑、电梯网络、电力通讯和安防消防等诸多领域，并取逐渐成为这些行业的主要通讯手段。 
 
现场总线CAN-bus的特点： 

    1、国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高； 
    2、传输距离远（最远10KM），传输速率快（最高1Mbps）； 
    3、单条总线最多可接110 个节点，并可方便的扩充节点数；  
    4、总线上各节点的地位平等，不分主从，突发数据可实时传输；  
    5、非破坏总线仲裁技术，可多节点同时向总线发数据，总线利用率高；  
    6、出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯；  
    7、报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低；  
    8、对未成功发送的报文，硬件有自动发功能，传输可靠性很高；  
    9、具有硬件地址滤波功能，可简化软件的协议编制；  
    10、通讯介质可用普通的双绞线、同轴电缆或光纤等；  
    11、CAN-bus总线系统结构简单，性价比极高。 

3.2 总体介绍 

      通讯方案涉及了停车场的几乎所有的控制功能，包括进出口控制、远程控制、车场导向、车场车位自动检测、车场智能灯光控制。方案中不包含音频、视频的传输，因为音频、视频的传输一般是与控制总线分开的。整个系统中，通讯主干线仅为一条双绞线，各个通讯终端的控制器直接连接到总线上；并且，各个控制器在网络中的地位可以是平等的，就是说没有“主机”和“从机”的概念，任何一个节点都可以启动数据的传输，避免了采用RS-485 的主机轮询方式，从而保障数据的实时性。在CAN-bus总线上，既可以实现点-点之间的通讯，也可以实现多点广播方式的通讯，实时性和灵活性都可以得到良好的保证。 

       例如，车位探测器可以根据车场内车的进出变化，直接传输空位数量到车位显示器显示出来；而不必先传输到管理机上，再由管理机传到车位显示器。当然管理机也可以接收到该信息，用于数据库记录。
 
       智能停车场的通讯距离受CAN-bus总线的波特率制约；在20Kbps通讯速率时，可以在达到3KM 的通讯距离(使用同一条双绞线)，能够满足绝大部分需求。本方案中，按照位置的不同，将停车场系统分为两个部分：车辆的进出口控制、车场内部控制。 

3.3 车辆的进出口控制 

      车辆的进出口控制部分主要功能是车辆进出的管理、收费、出票和显示等。系统的布线结构如图1 所示。系统中的CAN-bus网络采用直线拓扑结构，各设备节点通过支线连接在CAN-bus主线上。在车场入口处，当地感检测到有车辆经过时，入口控制器向计算机管理节点发送信号，请求启动整个管理系统（此前系统处于休眠状态，以节约能源），使系统立即进入工作模式。 

      入口控制器通过射频或GPRS 方式读取车辆的电子卡信息，并通过CAN-bus总线传到管理计算机上，并与摄像机取得的车辆信息（车型、车牌等）相对照，如果是“合法”用户则打开道闸、点亮绿色交通灯，允许车辆通过。当道闸处地感检测车辆已通过，并且入口处地感未检测到有新的车辆进入，则仍由入口控制器向计算机管理节点报告系统空闲，可以进入休眠模式。其他功能，比如出口控制器、收费功能等，都可以按同一方式管理。