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本文主要介紹了現(xiàn)場總線CAN-bus在現(xiàn)代化的智能樓宇、小區(qū)安防中的應(yīng)用方法。并且，通過一些實際應(yīng)用案例的分析，說明選擇現(xiàn)場總線CAN-bus后整個系統(tǒng)所增加的運(yùn)行效益。 |
| 引言 |
機(jī)場目視著陸燈光引導(dǎo)設(shè)備是用于進(jìn)近燈光系統(tǒng)的閃光設(shè)備。通過控制閃光燈閃光，作為目視設(shè)施，顯示機(jī)場跑道中心延長線。高亮度燈光作有規(guī)律的閃光，從跑道未端遠(yuǎn)處的進(jìn)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(jìn)近地區(qū)中有較多雜亂燈光干擾時，給飛行員一個非常顯著的動態(tài)提示，從而引導(dǎo)飛機(jī)找到機(jī)場中線，順利進(jìn)場著陸。
機(jī)場目視著陸燈光引導(dǎo)設(shè)備除了對可靠性和穩(wěn)定性要求相當(dāng)嚴(yán)格外，還要求設(shè)備能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r和故障進(jìn)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(tài)。 |
| 設(shè)備組成 |
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機(jī)場目視著陸燈光引導(dǎo)設(shè)備由主機(jī)控制器、分燈箱控制器、燈具、電源線、信號線等組成。
主機(jī)控制器接受操作人員發(fā)出的指令，對設(shè)備進(jìn)行實時控制；根據(jù)指令對每個分燈箱控制器進(jìn)行實時通信，發(fā)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(jī)控制器面板上同步顯示該燈具亮滅狀態(tài)，且對異常狀態(tài)進(jìn)行報警。
分燈箱控制器即時接受主機(jī)控制器的指令，控制燈具的電源高低和開關(guān)時間，從而實現(xiàn)閃光燈的亮度調(diào)節(jié)、速度調(diào)節(jié)，并檢測燈具狀態(tài)是否正常，且將該狀態(tài)返回給主機(jī)控制器。
燈具實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，支撐燈體，調(diào)節(jié)光軸方向。 |
| 系統(tǒng)先進(jìn)性 |
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傳統(tǒng)的機(jī)場目視著陸燈光引導(dǎo)設(shè)備采用模擬信號傳輸控制，由主機(jī)控制室發(fā)出一串脈沖信號，各個閃光燈節(jié)點通過對脈沖信號的解析，執(zhí)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(fā)出應(yīng)答脈沖信號。
采用這種控制方式，在實踐中發(fā)現(xiàn)有兩個弊端。首先，主控制室發(fā)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(xù)下一次的發(fā)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(zhǔn)確情況，如果將反饋線架空，又將防雷擊問題引入到系統(tǒng)中。
1. 先進(jìn)的通信方式
在我們的改造方案中，由于傳統(tǒng)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(fā)機(jī)制。
2: 一個節(jié)點出錯，有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)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(kuò)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(jī)計算速度快，抗干擾能力強(qiáng)，溫度范圍寬。另外，該單片機(jī)程序容量大，軟件升級容易，可構(gòu)成高功能、大容量、抗干擾能力極強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)，為現(xiàn)場安全可靠運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。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(fā)器，完成對主機(jī)命令的接收和執(zhí)行以及回送指令執(zhí)行結(jié)果和本機(jī)狀態(tài)信息。
3. 可靠的軟硬件設(shè)計
系統(tǒng)使用的所有芯片全部采用軍品級，滿足惡劣環(huán)境下的正常工作。軟、硬件采用冗余技術(shù)，確保系統(tǒng)的正常工作， 如：軟硬件看門狗，輸入輸出隔離等技術(shù)，軟件自檢和軟件糾錯等技術(shù)。硬件設(shè)計按照工業(yè)EMC設(shè)計，系統(tǒng)對外部設(shè)備（如飛機(jī)的儀器儀表）的干擾，也符合工業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
4. 機(jī)箱
機(jī)箱采用密封防塵設(shè)計，防磁防電，保證強(qiáng)弱電分離，從而使系統(tǒng)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(tǒng)原理 |
主機(jī)部分
主機(jī)部分由主機(jī)控制子系統(tǒng)、鍵盤子系統(tǒng)和LED反饋指示子系統(tǒng)組成。組成框圖及大致功能如下圖所示：
主機(jī)控制子系統(tǒng)主要實現(xiàn)處理鍵盤指令、向LED反饋指示子系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)、與各分燈箱通信和系統(tǒng)自檢四大功能。當(dāng)按鍵動作有效時，按鍵信號通過74HC373進(jìn)行鎖存，主機(jī)CPU讀此地址內(nèi)容即判斷出何鍵被按下，并進(jìn)行相應(yīng)操作；當(dāng)數(shù)據(jù)送LED顯示時，主機(jī)CPU向二片CD4067送6位數(shù)據(jù)，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(dāng)接收到操作員通過按鍵發(fā)出的指令，經(jīng)主機(jī)CPU處理后，通過CAN總線向各分燈箱發(fā)送數(shù)據(jù)包，并等待分燈箱發(fā)送的執(zhí)行情況的數(shù)據(jù)包；當(dāng)選擇自檢功能時，由主機(jī)CPU逐次向各分燈箱發(fā)遠(yuǎn)程幀，通過各分燈箱是否響應(yīng)來判斷它們是否正常。
鍵盤子系統(tǒng)主要實現(xiàn)通過不同的按鍵，向主機(jī)控制子系統(tǒng)發(fā)出不同的指令。觸摸按鍵一端接地，一端接主機(jī)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(qiáng)、中、弱、速度、復(fù)位、自檢。
LED反饋指示子系統(tǒng)主要實現(xiàn)同步顯示各個分燈箱的工作狀態(tài)以及自檢時顯示故障位置，LED經(jīng)開關(guān)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(tǒng)和工作板子系統(tǒng)組成，組成框圖及大致功能如下圖所示：
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分燈箱控制子系統(tǒng)主要實現(xiàn)與主機(jī)通信和控制、監(jiān)測工作板是否正常工作。分燈箱控制子系統(tǒng)根據(jù)主機(jī)送來的數(shù)據(jù)包，經(jīng)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(jiān)測工作板是否正常工作，并將結(jié)果經(jīng)CAN總線送主機(jī)CPU處理
工作板子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)亮度控制、高壓控制和閃光狀態(tài)監(jiān)測。亮度控制通過4個電阻組成一個電阻網(wǎng)絡(luò)，由光耦TLP521來控制取電阻網(wǎng)絡(luò)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(yīng)管功率晶體管的開關(guān)控制電路，這種結(jié)構(gòu)形式的開關(guān)穩(wěn)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(tài)的取樣采用光耦TLP521來實現(xiàn)。在高壓儲能電容輸出至閃光燈管的線路中，串聯(lián)三個二極管（IN6100），當(dāng)閃光燈閃光時，二極管中必有電流流過而產(chǎn)生正向管壓降，數(shù)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。 |
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| 智能CAN節(jié)點電路原理圖 |
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現(xiàn)場應(yīng)用 |
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基于CAN總線的新一代機(jī)場目視著陸燈光引導(dǎo)設(shè)備在某機(jī)場的現(xiàn)場安裝調(diào)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(tǒng)可靠穩(wěn)定的工作，達(dá)到設(shè)計要求。其大致連接示意圖如下所示。
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| 結(jié)語 |
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通過此次設(shè)備的研制和安裝調(diào)試，我們感受到CAN總線帶來的各種便利。而且，由于CAN協(xié)議參考OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)模型，可由用戶定義應(yīng)用層協(xié)議，通過相關(guān)的CAN轉(zhuǎn)接設(shè)備，將CAN與計算機(jī)相連，使整個機(jī)場目視著陸燈光引導(dǎo)設(shè)備能納入到機(jī)場控制系統(tǒng)的整體管理中，這在機(jī)場信息化、現(xiàn)代化的建設(shè)中顯得尤為重要，這也是采用傳統(tǒng)的通信方式無法解決的問題。 |
