基于CAN總線的火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

其中RS232/CAN 轉(zhuǎn)換器是控制中心上位機(jī)與CAN總線的接口,對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行RS232總線標(biāo)準(zhǔn)和 CAN總線標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。另外,報(bào)文的拼接和拆分、定時(shí)向集控器發(fā)校時(shí)命令等功能也由該轉(zhuǎn)換器完成。RS232/CAN 轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如圖３所示。

嵌入式網(wǎng)關(guān)是系統(tǒng)的核心部件,其主要完成現(xiàn)場(chǎng)總線到以太網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)到上層監(jiān)控及管理網(wǎng)絡(luò)的通信。網(wǎng)關(guān)的硬件平臺(tái)的選擇應(yīng)充分考慮安全、經(jīng)濟(jì),開(kāi)發(fā)周期的要求。采用 DS80C400 專(zhuān)用芯片,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)是較好的選擇。專(zhuān)用芯片價(jià)格適中,集成了大量的片內(nèi)設(shè)備供開(kāi)發(fā)使用,如 TCP/ IP 協(xié)議棧、以太網(wǎng)控制器等,縮短了開(kāi)發(fā)周期及開(kāi)發(fā)難度,可靠性高,具有良好的性?xún)r(jià)比。該嵌入式以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主要是由網(wǎng)絡(luò)微控制器DS80C400 和以太網(wǎng)接口芯片LXT972ALC 構(gòu)成，如圖3 所示。
 

DS80C400 是快速的且與 8051兼容的高度集成的網(wǎng)絡(luò)微控制器。它執(zhí)行指令的速度比普通的8051快3倍。它的外圍設(shè)備包括10/ 100bps的以太網(wǎng),3個(gè)串行端口,1個(gè)CAN2. 0B 控制器,
一個(gè) 1Wire 控制器和 64個(gè) I/ O 引腳,一個(gè) TCPIPv4/ 6 協(xié)議棧。DS80C400內(nèi)部集成了 10/100Mbps以太網(wǎng)控制器,是支持連接使用 IEEE802.3協(xié)議的物理設(shè)備。
LXT972ALC 是一個(gè)遵守快速以太網(wǎng)協(xié)議的接收發(fā)送芯片。LXT972ALC支持 10/ 100MMAC 的標(biāo)準(zhǔn)的 MII。LXT972ALC執(zhí)行 IEEE802.3 定義的標(biāo)準(zhǔn) 10BASE-X 的所有物理編碼子層和物理附加子層的功能 [4] 。它還能執(zhí)行10BASE-TX 連接的所有的媒體獨(dú)立子層的所有功能。
4基于以太網(wǎng)和 Internet的頂層數(shù)據(jù)傳輸需求[5]
火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的頂層是通用的以太網(wǎng)和Internet網(wǎng)絡(luò)，其軟、硬件結(jié)構(gòu)是現(xiàn)成的，但在用于火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)要考慮系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性 [4]。
4.1數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性需求
火災(zāi)的早期報(bào)警是及時(shí)撲滅火災(zāi)、減少損失的最有效的措施，發(fā)現(xiàn)越早、撲救越及時(shí)，形成災(zāi)害的可能性就越小。否則就可能使微小的火情釀成較大的災(zāi)難，造成難以估量的損失。因此對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求是重要的。
但是，由于在Internet傳輸數(shù)據(jù)是通過(guò)建立虛連接，以數(shù)據(jù)包的形式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的，有時(shí)間延遲。路由器是 Internet網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的核心，根據(jù)路由器的工作原理，一般路由器是根據(jù)公平和先到先服務(wù)的原則來(lái)轉(zhuǎn)發(fā) IP分組。造成 IP分組延遲主要有兩個(gè)方面，一是路由查詢(xún)時(shí)間，二是 IP分組排隊(duì)時(shí)間，特別是網(wǎng)絡(luò)阻塞時(shí)造成IP較大的延遲甚至在隊(duì)列已滿時(shí)會(huì)丟棄IP分組，從而造成網(wǎng)絡(luò)傳輸中丟失數(shù)據(jù)。
解決火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題，實(shí)際重點(diǎn)就是解決火災(zāi)信息在 Internet上的傳輸延遲問(wèn)題，Internet網(wǎng)絡(luò)延遲一般主要包括路由查表延遲、打包延遲，傳送延遲、排隊(duì)延遲和處理延遲，其中路由查表延遲、傳播延遲和排隊(duì)延遲是影響網(wǎng)絡(luò)延遲的主要因素。
4.1數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃孕枨?br />在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，服務(wù)的可靠性已經(jīng)成為日益重要的問(wèn)題。由于火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的重要性，火災(zāi)監(jiān)控信息數(shù)據(jù)包的丟失會(huì)造成無(wú)可估量的損失。一般系統(tǒng)要求較高的容錯(cuò)性，傳統(tǒng)的可靠性衡量指標(biāo)有：失效率、平均失效時(shí)間、失效間隔時(shí)間、平均修復(fù)時(shí)間以及故障覆蓋率等統(tǒng)計(jì)性指標(biāo)，在火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中通?？刹捎每煽啃源胧┳鳛榭煽啃?QoS指標(biāo)，如備份個(gè)數(shù)、主動(dòng)/被動(dòng)復(fù)制等。
4.1數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩孕枨?br />隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題已成為網(wǎng)絡(luò)管理員和用戶關(guān)心的頭等大事，也是決定Internet命運(yùn)的重要因素。實(shí)際上已經(jīng)出現(xiàn)不少個(gè)體網(wǎng)絡(luò)由于自身安全受到威脅，而不得不被迫暫時(shí)退出 Internet的事件。同樣火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸?shù)陌踩?，是該系統(tǒng)能否在Internet上正常運(yùn)行的重要因素。
5結(jié)論
本文的提出了一種基于CAN 總線和嵌入式網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)的火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。CAN總線已被公認(rèn)為是最有前途的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線之一,因其性?xún)r(jià)比高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等突出優(yōu)點(diǎn)深得越來(lái)越多的研發(fā)人員的青睞?；?DS80C400 的嵌入式網(wǎng)關(guān)具有集成度高、性?xún)r(jià)比高、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn),愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用在實(shí)現(xiàn) CAN到以太網(wǎng)和 Internet的接入[6]。對(duì)于火災(zāi)信息在 Internet上的傳輸需求進(jìn)行了分析，對(duì)于如何解決這些需求文獻(xiàn) 5給出了一些解決方案，但有待進(jìn)一步的深入研究。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn):
結(jié)合遠(yuǎn)程火災(zāi)信息數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)奶攸c(diǎn),將 CAN總線和嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。