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本文主要介紹了現場總線CAN-bus在現代化的智能樓宇、小區安防中的應用方法。并且，通過一些實際應用案例的分析，說明選擇現場總線CAN-bus后整個系統所增加的運行效益。
引言
機場目視著陸燈光引導設備是用于進近燈光系統的閃光設備。通過控制閃光燈閃光，作為目視設施，顯示機場跑道中心延長線。高亮度燈光作有規律的閃光，從跑道未端遠處的進近航道上迅速移向跑道端口，能在較差能見度條件下和跑道進近地區中有較多雜亂燈光干擾時，給飛行員一個非常顯著的動態提示，從而引導飛機找到機場中線，順利進場著陸。
機場目視著陸燈光引導設備除了對可靠性和穩定性要求相當嚴格外，還要求設備能夠對異常情況和故障進行迅速查找、排除，并能在閃光燈主控制室實時反映每一個閃光燈的狀態。
設備組成
機場目視著陸燈光引導設備由主機控制器、分燈箱控制器、燈具、電源線、信號線等組成。
主機控制器接受操作人員發出的指令，對設備進行實時控制；根據指令對每個分燈箱控制器進行實時通信，發出各種亮度信號、閃光速度信號，并接收該分燈箱控制器的返回信號，同時在主機控制器面板上同步顯示該燈具亮滅狀態，且對異常狀態進行報警。
分燈箱控制器即時接受主機控制器的指令，控制燈具的電源高低和開關時間，從而實現閃光燈的亮度調節、速度調節，并檢測燈具狀態是否正常，且將該狀態返回給主機控制器。
燈具實現電光轉換，支撐燈體，調節光軸方向。
系統先進性
傳統的機場目視著陸燈光引導設備采用模擬信號傳輸控制，由主機控制室發出一串脈沖信號，各個閃光燈節點通過對脈沖信號的解析，執行不同的燈光指示，并通過單獨的一條反饋線給主控制器發出應答脈沖信號。
采用這種控制方式，在實踐中發現有兩個弊端。首先，主控制室發送的秒脈沖信號如果因受到干擾而造成閃光燈未能正常接收，它將繼續下一次的發送，而不能處理本次的異常狀況；其次，由于反饋線受到電源線的干擾，使主控制器無法正確判斷閃光燈的準確情況，如果將反饋線架空，又將防雷擊問題引入到系統中。
1. 先進的通信方式
在我們的改造方案中，由于傳統的485通信有以下的缺點，故不予采用。
1: 抗干擾能力差，誤碼率高，無糾錯重發機制。
2: 一個節點出錯，有可能導致網絡癱瘓。
3: 只能采用查詢方式。
4: 通信距離短，不方便以后的功能擴展。
2. 高性能的主控制器
主控制器采用高可靠性的PHILIPS P87C52，該單片機計算速度快，抗干擾能力強，溫度范圍寬。另外，該單片機程序容量大，軟件升級容易，可構成高功能、大容量、抗干擾能力極強的工業控制系統，為現場安全可靠運行奠定基礎。分燈箱控制部分亦采用P87C52作為主控CPU，配用CAN控制器和收發器，完成對主機命令的接收和執行以及回送指令執行結果和本機狀態信息。
3. 可靠的軟硬件設計
系統使用的所有芯片全部采用軍品級，滿足惡劣環境下的正常工作。軟、硬件采用冗余技術，確保系統的正常工作， 如：軟硬件看門狗，輸入輸出隔離等技術，軟件自檢和軟件糾錯等技術。硬件設計按照工業EMC設計，系統對外部設備（如飛機的儀器儀表）的干擾，也符合工業設計標準。
4. 機箱
機箱采用密封防塵設計，防磁防電，保證強弱電分離，從而使系統具有極高的抗干擾消滅和無故障工作時間。由于分燈箱安裝在野外，因此線路板上采用防水、防潮、防霉、防酸等處理措施。
系統原理
主機部分
主機部分由主機控制子系統、鍵盤子系統和LED反饋指示子系統組成。組成框圖及大致功能如下圖所示：
主機控制子系統主要實現處理鍵盤指令、向LED反饋指示子系統發送數據、與各分燈箱通信和系統自檢四大功能。當按鍵動作有效時，按鍵信號通過 74HC373進行鎖存，主機CPU讀此地址內容即判斷出何鍵被按下，并進行相應操作；當數據送LED顯示時，主機CPU向二片CD4067送6位數據，其中4位作為地址線共用A、B、C、D，一根使能線送U1（CD4067），另一根使能線送U2（CD4067），從而級連二片CD4067。當接收到操作員通過按鍵發出的指令，經主機CPU處理后，通過CAN總線向各分燈箱發送數據包，并等待分燈箱發送的執行情況的數據包；當選擇自檢功能時，由主機 CPU逐次向各分燈箱發遠程幀，通過各分燈箱是否響應來判斷它們是否正常。
鍵盤子系統主要實現通過不同的按鍵，向主機控制子系統發出不同的指令。觸摸按鍵一端接地，一端接主機控制板上的74HC373，為保證可靠工作，在74HC373端接10K的上拉電阻，初步定為6個按鍵，強、中、弱、速度、復位、自檢。
LED反饋指示子系統主要實現同步顯示各個分燈箱的工作狀態以及自檢時顯示故障位置，LED經開關管8050與鍵盤上的CD4067相連。
分燈箱部分
分燈箱部分由分燈箱控制子系統和工作板子系統組成，組成框圖及大致功能如下圖所示：
分燈箱控制子系統主要實現與主機通信和控制、監測工作板是否正常工作。分燈箱控制子系統根據主機送來的數據包，經分燈箱CPU處理后，由I/O口控制工作板工作，并由一個I/O口作探測腳，監測工作板是否正常工作，并將結果經CAN總線送主機CPU處理
工作板子系統主要負責亮度控制、高壓控制和閃光狀態監測。亮度控制通過4個電阻組成一個電阻網絡，由光耦TLP521來控制取電阻網絡的何點為輸出，輸出電壓隨點的不同而不同；高壓控制采用單端輸出的電流控制型集成電路UC3842作場效應管功率晶體管的開關控制電路，這種結構形式的開關穩壓在目前新型電腦的彩色顯示器中很流行，電路成熟可靠；對閃光狀態的取樣采用光耦TLP521來實現。在高壓儲能電容輸出至閃光燈管的線路中，串聯三個二極管（IN6100），當閃光燈閃光時，二極管中必有電流流過而產生正向管壓降，數值約為3×0.7=2.1（伏）。與儲能電容上的幾百伏電壓相比，可忽略不計，但這2.1伏的壓降卻能作為取樣信號電壓。
智能CAN節點電路原理圖
現場應用
基于CAN總線的新一代機場目視著陸燈光引導設備在某機場的現場安裝調試中，我們選用5K波特率作為通信速率，在超過1000m的距離上，無需中繼器，整個系統可靠穩定的工作，達到設計要求。其大致連接示意圖如下所示。
結語
通過此次設備的研制和安裝調試，我們感受到CAN總線帶來的各種便利。而且，由于CAN協議參考OSI開放系統互聯模型，可由用戶定義應用層協議，通過相關的CAN轉接設備，將CAN與計算機相連，使整個機場目視著陸燈光引導設備能納入到機場控制系統的整體管理中，這在機場信息化、現代化的建設中顯得尤為重要，這也是采用傳統的通信方式無法解決的問題。
來源：中國自動化網 |
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