CAN现场总线在立体车库领域的应用

白薇薇　惠延波

摘要：目前的立体车库控制系统存在结构复杂、灵活性差等问题，针对此类不足，提出一种基于CAN总线通信的立体车库控制系统。采用分布式的控制结构，通过CAN节点调度各车位节点的升降横移，极大提升了车库控制系统的可扩展性和可维护性。

关键词：CAN总线；立体车库；车位控制；车位调度

立体车库是解决停车难题的一种有效方案，目前，国内生产的机械式停车设备常采用基于PLC的控制系统，这种控制系统方便可行、抗干扰能力强，但是连线较多、成本较高，使用过程中灵活性较差，不利于车库长期使用和维修。CAN总线是一种应用广泛的现场总线，基于CAN总线的控制系统可靠性高、灵活性强，将该控制系统应用到立体车库控制中能提高车位的管理质量。同时，基于CAN总线的立体车库控制系统能简化设备的连线、降低成本，解决停车设备使用灵活性差、检修复杂的问题。所以，本文设计一种基于CAN总线的升降横移式立体车库控制系统，对各CAN节点和车位调度算法进行研究。

1基于CAN总线的立体车库设计

1.1立体车库布局

立体车库根据实际需要可设计为多层多列，结构形式为二维矩阵A*B，车位总数为：

C=A*B-（A-1）

其中，A为立体车库的层数，B为车库的列数。如图1所示，立体车库为升降横移式，地面层存取车时不需要升降横移，可以直接存取；上面层存取车时需要下方各层升降横移，让出对应的空间。若现在想取出第三层位置9的车辆，则先将位置2、3、5、6的车向左移动一个车位，让出位置9下面的两个空车位，再将车辆9直接下移至第一层即可取走。

1.2CAN节点的硬件设计

控制系统采用分布式的控制结构，按照功能划分为多个CAN节点，各节点独立工作，并通过CAN总线交换数据，接收控制指令。系统的总体结构框图如图2所示，CAN节点主要有：车位节点、车位控制节点和上位机通信节点。车位节点控制一列车位的升降和横移运动。车位控制节点用于现场操作人员控制车辆的存取，显示系统信息，是系统的主控节点。上位机监控系统通过上位机通信节点接入控制系统，接收CAN控制系统数据并向相应CAN节点发送远程控制指令，实现对车库的远程控制。

对于单个的车位CAN节点，主要设计如图3所示，由CAN总线驱动器，CAN总线控制器（位于主控芯片内），主控芯片采用STM32F103。由于CAN总线的驱动能力有限，所以需要外接收发器SN65HVD23X，其作用就是实现CAN总线与单片机进行数据传输。

2基于CAN总线的软件设计

2.1CAN通信协议

总线上的节点以报文形式发送数据，发送时广播给其他节点，对于网络中的所有节点来说，不管数据是否是发给自己的，都要进行接收。而每组数据都有特定的标识符，标识符决定着优先级，这样，在多个节点竞争读取数据时，依据标识符安排顺序。进行数据传输时，发送数据的站把数据和标识符先传送到本站的CAN控制器，然后准备等待，直到收到总线分配才转为报文形式；CAN控制器依据特定的协议将报文发出，此时网络中的其他站都处于接收状态；每个站检测自己收到的报文，先判断该报文是否是发给自己的，然后确定是否接收。另外，CAN总线上报文传输按照帧结构的不同可分为数据帧、远程帧、错误帧以及过载帧。

2.2CAN接口的软件设计

CAN总线收发信息的软件编写方法有两种方式，分别是查询方式和中断方式。本系统采用中断方式进行数据的收发。本文以接受信息为例加以阐述。中断方式接受信息的程序流程如图4所示。

程序运行初始化后，等待CAN接收中断。当进入CAN总线接收中断时，主程序以串行方式从接收缓存器中读取数据，并保存至设定的寄存器内。然后释放接收缓存器以便进行下次接收。主程序获得CAN口发来的数据后，对数据进行操作，执行下一步的工作。

2.3立体车库总体软件设计

本系统中CAN节点控制车位的升降和横移，实现车辆的存取，基本过程如图5所示。正常工作的情况下，图5中的第一个步骤由用户的IC卡输入确定，确定车辆位置后，由车位控制节点进行车位的调度算法。然后再将车位控制信息发给指定的车位节点，由分布的车位节点进行车位的位置移动。

车位的调度算法是指控制车位的升降和横移的算法，传统的算法是对全局车位的运行规划，运算量较大，只适用于有中心控制器的系统。所以，本系统采用分布式结构的CAN现场总线技术，将控制功能分散到各个节点，利用枚举算法进行各车位节点的控制。CAN车位控制节点向总线发送目标车位的位置信息，然后由各个车位的车位节点进行判断，按照算法要求进行升降或者横移，最终使目标车位到达最底层用户所在位置。

3结论

本文设计的控制系统适用于一种改进型升降横移式立体车库的控制，该型立体车库是基于STM32的CAN总线通信立体车库。通过CAN总线的車位控制节点调度各个车位节点的升降横移，完后目标车位的移动，并将所有车位的信息在上位机中显示出来。基于CAN总线的分布式控制系统可以很好地满足车库的控制要求，同时使控制系统标准化、模块化，提高了控制系统的可扩展性和可维护性。目前，该控制系统在实际使用中性能良好，可以满足车库的控制需求。endprint