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隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，小區(qū)系統(tǒng)集成度越來高，首先實(shí)現(xiàn)了多門口機(jī)多管理機(jī)系統(tǒng)，接著集成了安防報(bào)警、小區(qū)服務(wù)及信息發(fā)布等功能。對(duì)講系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化是樓宇監(jiān)控今后發(fā)展的方向，而對(duì)小區(qū)可視對(duì)講系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)的研究和實(shí)現(xiàn)是進(jìn)一步提高小區(qū)智能化系統(tǒng)各項(xiàng)性能的關(guān)鍵。 

    2.小區(qū)可視對(duì)講系統(tǒng)中的控制網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù) 

    小區(qū)可視對(duì)講系統(tǒng)在向綜合安全防范系統(tǒng)發(fā)展，功能包括訪客可視對(duì)講、住宅門窗安防、緊急呼叫、異常自動(dòng)報(bào)警、出入口管理和信息服務(wù)等，要實(shí)現(xiàn)這些功能關(guān)鍵是控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特性。目前可視對(duì)講中控制網(wǎng)絡(luò)常用的總線有Lonworks總線、CAN(ControllerAreaNetwork)總線及RS-485總線[1,2,3>等。 

    Lonworks總線成本比較昂貴，雖然兼容TCP/IP協(xié)議，但是并不能取代上層局域網(wǎng)直接掛接到INTERNET上。另外，它的仲裁方式?jīng)Q定了它會(huì)因數(shù)據(jù)的無限重發(fā)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這使Lonworks與CAN相比優(yōu)勢(shì)并不明顯。 

    RS-485總線，是指一種標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信接口。RS-485串行總線接口具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，允許一對(duì)雙絞線上的一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備。RS-485總線沒有硬件通訊協(xié)議，其通訊協(xié)議wq依賴軟件支持，其數(shù)據(jù)的丟失率正比于總線數(shù)據(jù)的流量，其網(wǎng)絡(luò)不適合長(zhǎng)期處于連續(xù)或長(zhǎng)字串的收發(fā)狀態(tài)。但由于其在長(zhǎng)線傳輸?shù)目垢蓴_能力以及傳輸速率方面的優(yōu)勢(shì)，485總線能滿足在單幢多層住宅中構(gòu)建智能網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸要求。 

    CAN總線，又稱控制器局域網(wǎng)，是Bosch公司推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)。由于其{zy1}的性能，極高的可靠性，獨(dú)特靈活的設(shè)計(jì)和低廉的價(jià)格，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、智能大廈、環(huán)境監(jiān)控等眾多領(lǐng)域[4,5>。CAN協(xié)議是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連參考模型基礎(chǔ)上的，主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層[6>，用戶可在其基礎(chǔ)上開發(fā)適合系統(tǒng)實(shí)際需要的應(yīng)用層通信協(xié)議。CAN總線在數(shù)據(jù)通訊方面具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，不會(huì)因數(shù)據(jù)傳輸而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，其采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 

    3.CAN＋RS458控制網(wǎng)絡(luò)的提出 

    本文設(shè)計(jì)的小區(qū)可視對(duì)講系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)模型，采用了“CAN＋RS485”總線的分層結(jié)構(gòu)?？紤]到可視對(duì)講底層網(wǎng)絡(luò)的主干通道要求傳輸較大數(shù)據(jù)量的信息，而CAN總線在有較大數(shù)據(jù)容量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用有較強(qiáng)的處理能力和優(yōu)勢(shì)，所以CAN總線是構(gòu)成小區(qū)智能化系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)的較好解決方案之一。 

    但就智能小區(qū)而言，由于其節(jié)點(diǎn)相對(duì)分散而數(shù)量巨大（一般有數(shù)百到數(shù)千個(gè)不等），且單層CAN總線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)容限為110個(gè)（在不加接續(xù)器的情況下），所以為了不使底層網(wǎng)絡(luò)過于復(fù)雜和降低成本，將底層網(wǎng)絡(luò)分成兩層：上層為CAN網(wǎng)絡(luò)層，下層為RS-485網(wǎng)絡(luò)層。這樣，既達(dá)到了節(jié)點(diǎn)數(shù)和節(jié)點(diǎn)的靈活性方面的要求，避免了單獨(dú)由CAN總線構(gòu)建的底層網(wǎng)絡(luò)的層次關(guān)系過于復(fù)雜，又利用了多主CAN網(wǎng)絡(luò)性能方面的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了單獨(dú)的CAN底層網(wǎng)絡(luò)及RS-485網(wǎng)絡(luò)各自的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了兩者自身的性能優(yōu)勢(shì)。

4.CAN＋RS458控制網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn) 

    對(duì)于CAN＋RS458控制網(wǎng)絡(luò)，由于CAN有硬件通信協(xié)議，其通信性能和效率基本已經(jīng)穩(wěn)定，而RS-485的通信協(xié)議只能依靠軟件支持，同時(shí)RS-485的網(wǎng)絡(luò)控制能力不強(qiáng)，因此CAN＋RS458控制網(wǎng)絡(luò)的整體性能與RS-485網(wǎng)絡(luò)性能的開發(fā)和利用有密切關(guān)系。 

    對(duì)于RS-485多機(jī)通信模式，一般采用的是主從式多機(jī)通信本設(shè)計(jì)的改進(jìn)之處在于采用另一種多機(jī)通信方式——對(duì)等式多機(jī)通信。 

    對(duì)等式多機(jī)通信與主從式多機(jī)通信的區(qū)別是主機(jī)不是固定在某一單機(jī)上，而是所有RS-485總線上的單機(jī)都可能成為主機(jī)，但是一次不可以有一個(gè)以上的主機(jī)同時(shí)存在。在這些單機(jī)中，只要有某一個(gè)成為主機(jī)，則其它單機(jī)就成為此總線上的從機(jī)。當(dāng)前主機(jī)完成工作后，自動(dòng)退出主機(jī)模式，作為普通單機(jī)。當(dāng)單機(jī)需要作為主機(jī)時(shí)若此時(shí)總線上沒有主機(jī)，則可以成為主機(jī)；若此時(shí)總線上有主機(jī)則需要等待當(dāng)前主機(jī)完成工作后，才可能成為主機(jī)。 

    對(duì)等式多機(jī)通信雖然可以適應(yīng)靈活多變的住戶節(jié)點(diǎn)控制和通信,但是由于其控制原理是：當(dāng)485通信鏈路中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)取得發(fā)送資格后，其它各節(jié)點(diǎn)都要等待足夠的時(shí)間長(zhǎng)度，以此來避免多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)爭(zhēng)奪發(fā)送資格，引起發(fā)送數(shù)據(jù)的混亂和系統(tǒng)工作的無序，因而對(duì)于等待時(shí)間的控制非常重要。等待延時(shí)控制方式一般有兩種：固定時(shí)間延時(shí)和動(dòng)態(tài)延時(shí)。 

    對(duì)于固定時(shí)間延時(shí)是指當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)有節(jié)點(diǎn)間的通信，其它節(jié)點(diǎn)都固定延時(shí)相同時(shí)間，延時(shí)時(shí)間到后各個(gè)節(jié)點(diǎn)再爭(zhēng)取通信權(quán)。而動(dòng)態(tài)延時(shí)是指當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)取得通信權(quán)時(shí)，發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播通知其他節(jié)點(diǎn)等待，當(dāng)通信完畢時(shí)再發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信結(jié)束，其它節(jié)點(diǎn)可以爭(zhēng)取通信權(quán)。 

    固定時(shí)間延時(shí)對(duì)于延時(shí)時(shí)間的控制不能做到準(zhǔn)確，它根據(jù)信息長(zhǎng)短不同；而在延時(shí)時(shí)間控制方面，只能粗略的劃分為長(zhǎng)信息延時(shí)和短信息延時(shí)。時(shí)間的粗陋估計(jì)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)利用率是很大浪費(fèi)，使系統(tǒng)資源浪費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)效率降低。對(duì)于動(dòng)態(tài)延時(shí)，采用節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)時(shí)間控制，達(dá)到了只要網(wǎng)絡(luò)空閑，則任意節(jié)點(diǎn)可以即時(shí)進(jìn)行通信，所以網(wǎng)絡(luò)利用率高，但在網(wǎng)絡(luò)控制方面比固定延時(shí)要復(fù)雜一些。 

    下面通過分析多機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的網(wǎng)絡(luò)有效利用率問題來說明采用對(duì)等式多機(jī)通信的優(yōu)點(diǎn)： 

    （1）對(duì)于主從式多機(jī)通信，其網(wǎng)絡(luò)有效利用率可以用公式（1）表示： 

    其中表示網(wǎng)絡(luò)有效利用率，N表示網(wǎng)絡(luò)中總共節(jié)點(diǎn)數(shù)，m表示網(wǎng)絡(luò)中排隊(duì)通信的總節(jié)點(diǎn)數(shù)，tm表示網(wǎng)絡(luò)排隊(duì)通信的第m個(gè)節(jié)點(diǎn)需要占用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的時(shí)間，tm求和表示網(wǎng)絡(luò)中所有等待排隊(duì)通信節(jié)點(diǎn)需要占用網(wǎng)絡(luò)的總通信時(shí)間。t表示網(wǎng)絡(luò)中非排隊(duì)節(jié)點(diǎn)被節(jié)點(diǎn)主機(jī)輪詢占用的時(shí)間，(N-1-m)t表示所有非排隊(duì)節(jié)點(diǎn)被節(jié)點(diǎn)主機(jī)輪詢的總時(shí)間。所以式中分子代表網(wǎng)絡(luò)被使用的時(shí)間，分母代表總時(shí)間,為網(wǎng)絡(luò)有效性因子，可見。 

    （2）對(duì)于對(duì)等式固定延時(shí)多機(jī)通信，由于采用的不是主從節(jié)點(diǎn)輪詢方式控制，非排隊(duì)通信的節(jié)點(diǎn)不會(huì)占用網(wǎng)絡(luò)資源，其網(wǎng)絡(luò)有效利用率可由節(jié)點(diǎn)的固定延時(shí)時(shí)間和實(shí)際通信時(shí)間來決定,可以用公式（2）表示： 

    其中t代表節(jié)點(diǎn)實(shí)際通信時(shí)間，T表示節(jié)點(diǎn)通信固定延時(shí)時(shí)間。

而T一般選取{zd0}通信估算時(shí)間的2倍，而{zd0}通信估算時(shí)間可能是實(shí)際通信時(shí)間t的1～10倍，當(dāng)T=2t時(shí)取{zd0}值；當(dāng)T=20t時(shí)取最小值；所以的取值范圍一般在0.05～0.5之間。 

    （3）對(duì)于對(duì)等式動(dòng)態(tài)延時(shí)多機(jī)通信，由于通信節(jié)點(diǎn)采用即時(shí)廣播通知獲取通信權(quán)限，可以近似認(rèn)為在式（2）中T=t，所以近似為1。 

    通過以上分析和研究發(fā)現(xiàn)，小區(qū)可視對(duì)講系統(tǒng)底層控制網(wǎng)絡(luò)由于其節(jié)點(diǎn)關(guān)系復(fù)雜，通信方式多樣，故對(duì)等式多機(jī)通信比主從多機(jī)通信更適應(yīng)，而且通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)有效利用率的分析研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)等式多機(jī)通信中動(dòng)態(tài)延時(shí)方式比固定延時(shí)方式更{gx}。RS-485各種通信控制方式的性能和特點(diǎn)對(duì)比如下表： 

    RS-485通信性能和特點(diǎn)對(duì)比表 

    5.CAN＋RS458控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) 

    小區(qū)可視對(duì)講系統(tǒng){zd0}的意義是為住戶提供一個(gè)先進(jìn)、方便、安全、舒適的環(huán)境，在安防系統(tǒng)自身規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，融合實(shí)際的調(diào)查研究結(jié)果，系統(tǒng)有以下幾個(gè)方面的功能需求： 

    (1)系統(tǒng)由住戶單元、樓門單元、大門單元、中央管理單元組成。 

    (2)系統(tǒng)由4級(jí)控制組成：中央單元控制、大門單元控制、樓門單元控制、住戶單元控制。 

    (3)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有來客訪問、呼叫管理員、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、內(nèi)部呼叫、門口可視對(duì)講、安全防衛(wèi)、緊急呼叫。 

    (4)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，必要時(shí)可加信號(hào)放大中繼單元。 

    (5)系統(tǒng)容量靈活可調(diào)。 

    小區(qū)可視對(duì)講系統(tǒng)中控制網(wǎng)絡(luò)要盡量降低網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和建設(shè)成本。考慮到可視對(duì)講底層網(wǎng)絡(luò)的主干通道要求傳輸較大數(shù)據(jù)量的信息，采用了“CAN＋RS485”總線的分層結(jié)構(gòu)。CAN網(wǎng)絡(luò)作為RS-485網(wǎng)絡(luò)的上層網(wǎng)絡(luò)使得整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性比單獨(dú)的CAN網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，同時(shí)比單獨(dú)采用CAN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)容量擴(kuò)充很多，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于可視對(duì)講控制環(huán)境很適應(yīng)。 

    可視對(duì)講系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 

    (1)大門口機(jī)、N個(gè)門口機(jī)和CAN接口由CAN網(wǎng)絡(luò)連接。 

    (2)N個(gè)門口機(jī)由控制盒連接在485網(wǎng)絡(luò)上，485網(wǎng)絡(luò)上有N個(gè)住戶機(jī)。 

    (3)以太網(wǎng)連接上位機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、TCP/IP接口。 

    6.小結(jié) 

    本文在研究CAN總線和RS-485總線的基礎(chǔ)上，結(jié)合小區(qū)可視對(duì)講系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)并改進(jìn)了“CAN+RS485”底層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)安全報(bào)警與遠(yuǎn)程傳輸?shù)目刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。該控制網(wǎng)絡(luò)將能夠更有效的滿足構(gòu)建低廉、可靠的小區(qū)可視對(duì)講系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小區(qū)安全防范、信息采集的要求。