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1、摘要楼宇自动化控制系统是采用现代化的传感技术、计算机通信技术对建筑物内所有机电设施进行信号采集、控制，提供有效安全的物业管理，使其设备应用在最良好的状态。本次设计是基于一套CAN总线的远程控制装置，通过CAN总线完成对现场设备的控制操作，并与CAN总线上其他设备完成数据的传输。系统硬件部分主要由AT89S52单片机、SJA1000 CAN控制器等组成，系统在硬件和软件上进行模块化设计，具体实现了以单片机为控制核心，设计了4路数字量输入，4路模拟量输出模块，以及CAN接口电路模块。CAN总线的应用，提高了楼宇智能化水平并降低了设备的管理成本。CAN总线提供了标准网络协议的数据链路层，没有相应的高
2、层通信协议。CANopen协议是一种基于CAN现场总线的开放的、标准化的高层协议。它是一种具有实时性的高速串行总线系统，它被广泛应用在嵌入式系统中。CANopen协议允许不同设备以标准化方式进行通信，使其具有互操性。关键词：楼宇控制；CAN总线；控制节点；CANopen协议AbstractBuilding automation control system consists of modern sensor technology, computer communication technology on buildings of all electrical and mechanical fa
3、cilities for signal acquisition, control and provide effective security for property management, to equipment used in the best condition. The design is based on a CAN bus, the remote control device, through the CAN bus for control operation of field devices and other devices with the CAN bus for dat
4、a transmission. Hardware of the system mainly by AT89S52 singlechip, SJA1000 CAN controller and other components, system hardware and modular software design based on single chip for the realization of the control core, designed 4 digital inputs, 4 analog output module, and the CAN interface circuit
5、 module. CAN bus applications, improve the level of intelligent building and reduce management costs of the equipment. CAN bus provides a standard network protocol for data link layer, there is no corresponding high-level communication protocol. CANopen protocol is an exoteric and standardized high
6、layer protocol based on CAN field bus. It is a high speed serial bus system with real-time capabilities, CANopen protocol allows diffcate with each other in a standardized manner and makes them inter operable.Key words: Building control system Controller Area Network CANopen protocol 目 录第一章.引言1第一节 选
7、题背景1第二节 现存的楼宇控制系统相关技术2第二章 CANopen协议概述3第一节 总述3第二节 设备模型3第三节 对象字典4第四节 CANopen要点5第三章.系统硬件设计7第一节 总体设计方案7第四章 系统软件设计8第一节 选择CANopen原因8第二节 CANopen协议系统软件设计9第三节 软件设计系统流程10第五章.调试结果及分析16第六章.结束语17致 谢18参考文献19附录 总原理图21第一章.引言第一节 选题背景随着微电子技术与通讯技术的迅速发展，以及光纤通信（Fiber Communication）、卫星通信（Satellite Communication）、区域网络(Loc
8、al Area Network)与广域网(Wide Area Network)等取得长足发展。根据国际电工委员会（international Electrotechnical Commision，IEC）标准和现场总线基金会（fieldbus foundation，FF）的定义，现场总线的概念一般为一种用于智能化现场设备，自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的底层通信总线。现场总线有:基金会现场总线（Foundation Fieldbus，FF）、控制局域网络（Controller Area Network，CAN）、局域操作网络（Local Operating Fieldbus ，L
9、onWorks）、过程现场总线（Process Fieldbus ，PROFIBUS）等。但是由于各个行业的发展历史以及各个公司、企业的经济利益，导致一些总线逐渐被遗忘，一些总线在当今的市场上共存。CAN总线是一种有效支持分布控制或实时控制的串行通信网络。在各种工业现场总线中CAN总线以成本较低、速度快、实时性、可靠性较高的特点适应于现代汽车电子、医疗、军事等领域的产业。CANopen协议定义了应用层和通讯子协议，为可编程系数、不同器件、借口及应用子协议定义了帧状态。为现场总线的全数字分布控制系统的广泛应用以及把系统一体化管理提供了有效的方案。CANopen协议是基于CAN串行总线系统和应用层
10、CAL的高层协议。CAL提供了网络管理服务和报文的传送协议。CANopen在CAL基础上使用了CAL通讯和服务协议子集的一种实现方案，在保证网络节点互用性的同时，允许节点的功能随意扩展。在嵌入式系统用用的发展，许多总线已经不能满足高性能、高实时性系统的要求，CAN总线是当前比较有希望成功的。第二节 现存的楼宇控制系统相关技术在.基本型建筑物自动化控制系统中，基于窗口式的基本型建筑物自动化控制系统的工作站可以配置成文本显示中央操作系统,也可以配置成全具功能化的图形终端。它在Windows NT环境下操作,局域网可以是以太网或者令牌环网,在一个多建筑物的区域,可以配置多个分布式工作从站。综合型建筑
11、物自动化系统：它是在基本型建筑物自动化控制系统的基础上建立一个自动化控制系统。通过监控来自系统的数据，同层总线、防火与保安总线、S总线设备等,可以将多个工作站连接至Novell LAN,以此提供与其它分支维护管理的接口。开放型建筑物自动化监控系统开放型建筑物自动化系统,它监控多种分布式子系统,如空调自控、防火与保安,可以把其它子系统综合在一个网络系统中。采用符合工业标准的操作系统、LAN通信、相关数据库和图形系统。楼宇自动化系统的主要组成楼宇自动化系统负责完成大厦中的空调制冷系统、变配电系统、照明系统、供热系统及电梯等的计算机监控管理。主要应用于：(1)空调监控系统 (2)冷冻站监控系统 (3
12、)给排水监控系统 (4)变配电监控系统(5)热力站监控系统 (6)照明监控系统 (7)安全防范监控系统 (8)背景音乐、消防广播系统等。第二章 CANopen协议概述第一节 总述CANopen是一种构架在控制局域网络上的高层通讯协定，其中包括通讯子协定和设备子协定是工业控制中常用的一种现场总线，常在嵌入式系统中被应用。CANopen协议是Cia协会针对CAN协议不完整性开发出来的一个更高层次的协议。CANopen标准包括寻址方案、通讯子协定和其他由设备协定所定义的应用层。其能支援网络管理、设备监控和节点之间的通讯，包括一个简易传输层处理资料的分段传输和组合。资料连接层和实体层用CAN来实时工作
13、。第二节 设备模型一个CANopen设备模块可以有三部分。如图3.1，通信接口和协议软件提供在总线上收发通信对象的服务。不同的CANopen设备都是通过交换通信对象完成之间的通信的，它直接面向CAN控制器进行实时操作的。对象字典用来描述设备是哦那个的所有数据类型、通信对象和应用对象。它位于通信程序和应用程序之间，为应用程序提供借口，CANopen通信通过应用程序对对象字典进行操作实现的。应用程序包括通信部分和功能不分，通信部分通过对对象字典进行操作实现CANopen的通信；功能部分则是根据应用要求来实现的。其对象字典结构如表3.1。图3.1 CANopen设备1索引对象000Not used0
14、01001F静态数据类型002003F复杂数据类型040005F规定的复杂数据类型060007F设备子协议规定静态数据类型080009F设备子协议规定的复杂数据类型00A00FFFreserved10001FFF通讯子协议局域20005FFF特定子协议区域60009FFF标准设备子协议区域A000FFFReserved表3-1对象字典结构第三节 对象字典CANopen网络的通信和管理都是通过不同的通信对象来完成的。对象字典（Object Dictionary）是一个有序的对象组，每个对象用一个16位的索引值来寻址，定义了一个8位的子引索来允许访问数据中的单个元素。在CANopen网络系统中每个
15、节点都有唯一的对象字典。CANopen网络的通信和管理都是通过不同的通信对象来完成的。通讯对象分类：数据对象（PDO）：PDO被映射到单一的CAN帧中，用8个字节的数据字段把过程数据对象PDO映像到一单一的CAN帧传输应用对象。每一个PDO都有一个惟一的标识符，并且可以通过一个节点发送，但是可以有多个接受者。数据服务对象（SDO）:用来对对象字典进行读写操作。该对象可以传输大于8个字节的配置信息。接收者将确认收到的每个段信息，发送和接受者间将建立点对点之间的通信，被访问对象字典的设备是SDO通讯的服务器，一个设备可以支持多的SDO对象，但是至少有一个SDO会在一个设备中被支持。网络管理对象（NMT）:网络管理对象包括节点警戒对象。网络管理协议（NMT）提供了特定应用，网络同步，时间戳和紧急报文传输。NMT主要提供了以下功能：模块控制服务；配置控制服务和错误控制服务。特殊功能对象：CANopen还为同步，紧急状态表示以及时间标记传送三个特定对象。同步对象是同步制造者对网络进行周期性广播，为该对象提供基本网络时钟。紧急对象则是当设备发生严重的内部错误时，紧急客户机发送一个紧急状态对象。时间标记对象是将应用设备提供公共的时间帧作参考。第四节 CANopen要点对用户来说了解CANopen协议的一些要点是很重要的。
