智能停車場的現場總線CAN-bus網絡

　　1前言
　　
　　隨著社會生活方式的不斷變化，科技的不斷進步，人們要求更加人性化、智能化的生活條件。不用事必躬親，盡可能地讓智能系統代替手工方式，來進行有效的管理和執行。當前越來越復雜的交通狀況，如行路難、停車難等問題大大降低了城市的工作和生活效率，迫使我們尋找一個能夠方便解決問題的辦法。智能化的停車場便在這樣的背景下應運而生了。智能停車場的產生不但規范了城市交通管理和車輛管理水平，擴充了城市的容量，在安全防范方面也有巨大的保障，同時還能方便的和其他智能系統接口（如智能大廈、智能小區等），組成更完善的物流及設備管理系統。
　　
　　2智能停車場通訊現狀
　　
　　目前停車場的智能化程度不一，管理也缺乏有序性，設施之間也通用性也較差，造成系統集成商和用戶的設備選型品種較少，實現的功能不全，系統特點不鮮明等不足。按智能停車場的通訊方式分析，早期的一部分廠商采用了串行的RS-485總線或RS-232總線作為設備之間的通訊方式；同時，有一部分*的廠商已經采用了CAN-bus總線或以太網EtherNet作為網絡通訊方式。
　　
　　采用RS-232方式通訊的停車場系統有非常大的局限性，只能實現點對點操作，中央處理器的負擔較大，不便于系統擴充，可通訊距離非常短，不適于遠程操作；而且，系統成本較高。采用RS-485總線的系統在整體性能上好于RS-232的系統，因其是總線形式，方便擴充，但是隨著停車場系統智能化程度要求越來越高，功能越來越強，總線的節點越來越多的情況下，RS-485的總線效率低、系統的實時性差、通訊的可靠性低、后期維護成本高、網絡工程調試復雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節點少、應用不靈活等不足和缺陷逐漸體現出來；智能停車場的系統擴展也受到RS-485本身的制約，越來越不能適應大中型智能停車場的控制需要。
　　
　　*的的CAN-bus總線通訊系統是智能停車場的主流發展方向。使用這種工業級的通訊方式，可以保證通訊數據的可靠性、實時性；并且，實際建設中，CAN-bus總線成本和RS-485方式成本大體相當，甚至，在較大型的停車場系統中，CAN總線的整體成本還略低于RS-485系統。由于CAN總線容錯性能好，可以大大降低后期的維護、維修、擴充成本。但是，目前的智能停車場多數采用了CAN-bus總線和RS-232、RS-485通訊混合使用的方式，在一定程度上會造成網絡負載不平衡，限制了CAN-bus總線發揮zui大限度的性能優勢。下面將以CAN-bus總線組建的停車場收費和管理系統為例，介紹一整套的智能停車場改進方案，從而體現出CAN-bus總線的整體優勢。
　　
　　3智能停車場CAN-bus方案
　　
　　3.1CAN-bus簡介
　　
　　CAN（ControllerAreaNetwork）總線zui早由德國BOSCH公司提出，主要用于汽車內部測量與控制中心之間的數據通信。由于其良好的性能，在世界范圍內廣泛應用于其他領域當中，如工業自動化、汽車電子、樓宇建筑、電梯網絡、電力通訊和安防消防等諸多領域，并取逐漸成為這些行業的主要通訊手段。
　　
　　現場總線CAN-bus的特點：
　　
　　1、標準的工業級現場總線，傳輸可靠，實時性高；
　　
　　2、傳輸距離遠（zui遠10KM），傳輸速率快（zui高1Mbps）；
　　
　　3、單條總線zui多可接110個節點，并可方便的擴充節點數；
　　
　　4、總線上各節點的地位平等，不分主從，突發數據可實時傳輸；
　　
　　5、非破壞總線仲裁技術，可多節點同時向總線發數據，總線利用率高；
　　
　　6、出錯的CAN節點會自動關閉并切斷和總線的，不影響總線的通訊；
　　
　　7、報文為短幀結構并有硬件CRC校驗，受干擾概率小，數據出錯率極低；
　　
　　8、對未成功發送的報文，硬件有自動發功能，傳輸可靠性很高；
　　
　　9、具有硬件地址濾波功能，可簡化軟件的協議編制；
　　
　　10、通訊介質可用普通的雙絞線、同軸電纜或光纖等；
　　
　　11、CAN-bus總線系統結構簡單，性價比*。
　　
　　3.2總體介紹
　　
　　通訊方案涉及了停車場的幾乎所有的控制功能，包括進出口控制、遠程控制、車場導向、車場車位自動檢測、車場智能燈光控制。方案中不包含音頻、視頻的傳輸，因為音頻、視頻的傳輸一般是與控制總線分開的。整個系統中，通訊主干線僅為一條雙絞線，各個通訊終端的控制器直接連接到總線上；并且，各個控制器在網絡中的地位可以是平等的，就是說沒有“主機”和“從機”的概念，任何一個節點都可以啟動數據的傳輸，避免了采用RS-485的主機輪詢方式，從而保障數據的實時性。在CAN-bus總線上，既可以實現點-點之間的通訊，也可以實現多點廣播方式的通訊，實時性和靈活性都可以得到良好的保證。
　　
　　例如，車位探測器可以根據車場內車的進出變化，直接傳輸空位數量到車位顯示器顯示出來；而不必先傳輸到管理機上，再由管理機傳到車位顯示器。當然管理機也可以接收到該信息，用于數據庫記錄。
　　
　　智能停車場的通訊距離受CAN-bus總線的波特率制約；在20Kbps通訊速率時，可以在達到3KM的通訊距離（使用同一條雙絞線），能夠滿足絕大部分需求。本方案中，按照位置的不同，將停車場系統分為兩個部分：車輛的進出口控制、車場內部控制。
　　
　　3.3車輛的進出口控制
　　
　　車輛的進出口控制部分主要功能是車輛進出的管理、收費、出票和顯示等。系統的布線結構如圖1所示。系統中的CAN-bus網絡采用直線拓撲結構，各設備節點通過支線連接在CAN-bus主線上。在車場入口處，當地感檢測到有車輛經過時，入口控制器向計算機管理節點發送信號，請求啟動整個管理系統（此前系統處于休眠狀態，以節約能源），使系統立即進入工作模式。
　　
　　入口控制器通過射頻或GPRS方式讀取車輛的電子卡信息，并通過CAN-bus總線傳到管理計算機上，并與攝像機取得的車輛信息（車型、車牌等）相對照，如果是“合法”用戶則打開道閘、點亮綠色交通燈，允許車輛通過。當道閘處地感檢測車輛已通過，并且入口處地感未檢測到有新的車輛進入，則仍由入口控制器向計算機管理節點報告系統空閑，可以進入休眠模式。其他功能，比如出口控制器、收費功能等，都可以按同一方式管理。
　　
　　系統中，管理節點采用安裝PC-CAN接口卡的通用PC機，與執行不同功能、安裝不同位置的終端設備進行通訊。常用的PC-CAN接口卡有：PCI-CAN接口卡、ISA-CAN接口卡、USBCAN接口卡、PC104-CAN接口卡、EtherNet-CAN接口卡或并口CAN接口卡等，可以根據系統的通訊要求而進行合理選擇。

　　
　　圖1車輛進出口處CAN-bus布線及結構圖
　　
　　3.4車場內部控制
　　
　　車場內部控制部分主要功能是車輛導向、空位檢測和照明控制等。如圖2所示，圖中車場分為4個停車區域：A區、B區、C區和D區。4個區的區位引導系統統一安置在車場入口處，指示區域的方向和當前所剩的空位數。該區位引導系統由一個控制器控制，帶一個CAN-bus總線接口。
　　
　　圖2車場內部CAN-bus布線及結構圖
　　
　　當有車輛或車主進出某一個相關區域的時候，該區域的照明才點亮，在車輛或車主離開后，燈自動熄滅，并且和當前進出不相關區域的照明燈將不會點亮，這樣可以zui大限度的節約能源，延長設備壽命，這在較大型停車場中的作用會更加突出。
　　
　　在車輛進出后，車場的停車數量發生變化，系統可以及時地探測到這個變化并向主控制器和區位引導指示牌報告，使其刷新當前的記錄和顯示。這一個系統中，使用CAN-bus總線方式進行通訊，網絡顯得非常簡單、可靠，如圖2所示。每個停車區有一個單獨的區控制器，均帶CAN-bus接口，用于管理該區的照明和車位檢測。按圖中所示，紅線是照明線，通過區控制器來直接控制該區燈的亮滅。綠線是單總線，用于和車位探測器通訊，與CAN-bus總線一起，構成一個方便的二級數據通訊網絡。
　　
　　當然，車位探測器的網絡組建也可以使用CAN-bus方式來實現，基本上不會受到車位數量的制約，且可以方便地實現設備管理、故障定位等眾多特定功能。
　　
　　4系統優勢
　　
　　上述兩個部分相連接，可以形成一個完整的智能停車場系統。整個系統中，不僅可以實現無人值守，還能和其他的CAN-bus系統連接，如物業管理中心、小區調度中心等，方便整個系統的管理。
　　
　　采用CAN-bus總線，也為定制通訊協議、設計軟件提供了非常明顯的優勢，使系統的整體性能得到提升。同時，采用CAN-bus總線可以大幅度降低整個智能停車場在設備擴展、系統升級、終端維護方面所投入的成本。而且，越是大型的智能停車場系統，采用CAN-bus總線的優勢會更加明顯――功能好，成本低，節省管理與維護成本。
　　
　　實踐證明，采用CAN-bus總線在智能停車場的運行中可以獲得良好的社會效益、經濟利益。CAN-bus總線已經成功運行在國內多個智能停車場、車場設備網、車輛管理所、車輛收費站等場合。這也是國內眾多通訊控制網絡實現可靠、自動化運行、無人值守的發展方向。