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科力屋覃炳宽:如何使用CAN总线构建无主机系统的应用?

覃炳宽
科力屋智能科技有限公司董事长

毕业于北华大学。2000年组建团队研发智能家居系列产品,负责科力屋系统的底层研发和产品构架任务,对CAN总线技术具有深入的研究和心得。

CAN BUS的历史

任何事物的诞生都是由于需求的产生,CAN BUS也是一样。1986年2月,CAN诞生了。在底特律的汽车工程协会大会上,由Bosch公司研究的新总线系统被称为“汽车串行控制器局域网”。CAN是Controller Area Network的缩写,即“局域网控制器”的意思,可以归属于工业现场总线的范畴,通常称为CANBUS,即CAN总线,是目前国际上应用最为广泛的开放式现场总线之一。CAN总线最早用在汽车电子领域,世界上一些著名的汽车制造厂商都采用CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。

CAN BUS有如下特点:第一,具有数据传输非破坏性的仲裁机制,保证数据冲突时无损接收。第二,可以构建无主机系统。第三,总线可以星型连接。第四,任何一个节点损坏,不影响其它部件运行。第四,响应快,速度快,效率高。这些也是科力屋用CAN作为产品技术协议的原因。

CAN BUS基本概念简介

总线由两部分组成,一个是负责信号接收和发送(比如485,叫物理层),一个是负责信号协议编码和解码(比如MODBUS,叫协议层),MODBUS协议是一个信号传输编码和解码的规范,但是并没有规范每条指令具体的内容含义,如果多个厂家联合或权威部门规范某种协议规则后,我们会说是某种标准协议。虽然使用了比如485_MODBUS或CAN_MODBUS,,但指令含义独家使用,我们叫做私有协议。

CAN总线通过CAN控制器接口芯片的两个输出端CAN H和CAN L与物理总线相连,而CAN H端的状态只能是高电平或“悬浮状态”,CAN L端只能是低电平或“悬浮状态”。此时引出两个定义即半双工和全双工。“半双工”为任何设备可以收发数据,但是同一时刻只能有一个数据发送,而“全双工”是可以同时收发数据(如232接口)。最大难点在于半双工,假如多个产品同一时刻往总线发送数据怎么办?如何避免数据撞车、翻车事故,这就是CAN的独特之处。

CAN支持的总线常用拓扑结构有直线型拓扑结构(手拉手),星型拓扑结构,树形拓扑结构(有星又有直线)。传输介质为双绞线,数据传输速率高,通讯失败率低,维护成本低,通讯距离为10Km(5kb)。

CAN BUS构建无主机系统

总线通讯是半双工串行异步模式,也就是说任何时刻只能有一台设备往总线发送数据,否则会造成数据冲突而变成无效数据。一旦主机出现问题,总线将进入瘫痪,效率相对低。而无主机系统工作原理是规定两个信号相遇时强大者继续通行,弱者原路返回,每个人设备实现自主管理,运行更高效。当然缺点是通讯程序判断相对复杂,成本略高。

无主机系统中,任何设备在系统中的“地位”都是相等的,因为没有主机,所以系统中只要有两个产品即可以通讯,任何模块的损坏只会造成自己功能的丢失,不会影响其它模块的使用。科力屋目前有继电器驱动模块、DALI调光主控器、可控硅调光驱动器、0-10V调光驱动器、DMX512调光模块等灯光控制模块,用户根据灯光需求选择适合自己的产品。另外,科力屋还有逻辑模块、网关模块、APP客户端软件、OLED多功能集控面板、10键多功能集控面板、OLED语音集控面板、6键语音集控面板等产品,可集成实现不同的智能化场景。

无主机系统与第三方产品对接

CAN总线目前在智能家居行业里应用比较少,为了方便集成商和用户,我们选择和其他技术协议和产品对接,从而达到互补效果。我们有特定模块,让CAN转485协议,负责与第三方485面板、窗帘、传感器、空调等对接。232协议模块负责与第三方系统如快思聪,C4、赛万特等系统对接。

面对智能家居行业细分到落地集成市场,集成商不能够盲目学东西,首先要打造自己强大的知识体系。所以,如何掌握智能家居主流技术,如何进行智能家居产品选型,如何设计智能家居方案,如何开展项目的施工与调试,如何抓住用户的需求,如何带领公司团队,已成为智能家居集成商最需要具备的能力。

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