用于智能建筑的CAN与BACnet交互网关设计

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BACnet标准作为楼宇自控领域的唯一的开放性国际标准,得到了大部分的智能楼宇设备制造商的支持。而MS/TP协议是BACnet标准的专有协议,作为楼宇自控网络的底层协议具有很好的性价比,得到了大量的应用。但是MS/TP协议以EIA-485作为物理层,以令牌机制进行传输介质的访问控制,对于一些对实时性要求高的设备和事件,MS/TP的弊病就显现出来。CAN为多主工作方式,将节点分成不同的优先级,采用非破坏总线仲裁技术,可满足不同的实时要求,因此在智能楼宇系统中引入具有CSMA/CD功能的CAN总线可以弥补BACnet实时性差的缺点。本文在分析智能建筑的特点以及楼宇自控设备所要求的通信标准的基础上,设计了基于PIC芯片和BACnet标准MS/TP协议的通信网络。对实时性要求高的设备设计了CAN总线底层通信网络。最后完成了两种网络的交互—网关的设计,并作了相应的测试工作。首先,介绍了BACnet标准的基本内容,并在此基础上,设计了基于MS/TP协议的BACnet节点模块,实现了基于PIC24系列微控制器BACnet协议的物理层、数据链路层、网络层和应用层的软件设计。其次,对CAN总线做了较为深入的研究,选用MCP2515和MCP2551作为CAN总线的控制器和收发器。本文以MCP2515为基础介绍了CAN总线。根据几种较为规范的CAN应用层协议,开发了一种较实用的CAN应用层协议,既保持了CAN总线固有的可靠、高效性,又简化了系统结构。再次,通过对整个系统分析,设计了BACnet标准到CAN总线网关。网关的硬件是基于BACnet标准MS/TP协议的底层RS-485电路和基于MCP2515并通过SPI与主微控制器通信的电路。设计了基于PIC24系列单片机的嵌入式实时操作系统,在BACnet协议、CAN应用层的基础上实现了网关的功能。提出了一种基于PIC18、24系列单片机的高精度软件实时时钟的设计方法。最后,BACnet节点通过了BACnet协议测试实验室(BTL)主持开发的VTS(Visual Test Shell)软件进行的一致性测试,CAN节点通过了CAN232接口卡和ZLGCANTest软件的测试。网关系统通过了本文设计的上位机测试软件的测试,在项目中的应用表明CAN网络的实时性为毫秒级,而BACnet网络的实时性为秒级的,充分证明了设计的可行性、稳定性以及CAN总线的高效性。
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