基于CAN总线智能建筑监控系统的通信协议设计

3 CAN的帧结构

CAN协议规定了两种不同的帧格式，不同之处为标识符的长度不同，具有11位标识符的帧称之为标准帧，具有29位标识符的帧被称为扩展帧。

3．1 CAN帧类型

报文传输由以下4个不同的帧类型所表示和控制

(1)数据帧：携带数据从发送器至接收器。

(2)远程帧：由节点发送，请求发送具有相同标识符的数据帧。

(3)错误帧：由任何节点发出，检测到错误就发出错误帧。

(4)过载帧：用于提供先前和后续数据帧或远程帧之间的附加延时。

3．2 CAN扩展帧的数据帧结构

扩展帧的数据帧结构，如图4所示。

扩展帧的数据帧的主要结构有：

(1)帧起始，标志帧的开始，它由单个"显性"位构成，在总线空闲时发送，在总线上产生同步作用。

(2)仲裁域，仲裁域包括29位标识符、SRR位、IDE位、RTR位。29位标识符包括11位基本ID、18位扩展ID。基本ID按ID- 28到ID-18的顺序发送，扩展ID按ID-17到ID-0的顺序发送。基本ID首先发送，其次是SRR位和IDE位。扩展ID的发送位于IDE位之后。SRR是"隐性"位。IDE位在标准格式里为"显性"，在扩展格式里为"隐性"。RTR位在数据帧里必为"显性"，而在远程帧里必为"隐性"。标识符用于提供关于传送报文和总线访问的优先权信息，其数值越小，表示优先权越高，发生冲突时优先发送。

(3)控制域，由6位构成，前2位为保留位，为"显性"。后4位为数据长度码(DLC)，表示数据域中数据的字节数，必须在0～8范围内变化。

(4)数据域，由被发送的数据组成，字节数为控制域中决定的0～8 bit，第一个字节的最高位首先被发送。

(5)CRC域，包括CRC(循环冗余码校验)序列(15位)和CRC界定符(1个"隐性"位)，用于帧校验。

(6)应答域，由应答间隙和应答界定符组成，共2位。

(7)帧结束，由7位隐性位组成，此期间无位填充。

4 通讯协议的制定

在CAN的协议规范，规定了数据链路层和物理层，没有规定应用层。所以用户在设计通讯软件时，必须首先设计合适的CAN总线通讯协议，才能完成数据准确可靠的传输。基于研究CAN2．OB规范的基础上，采用自定义协议的方法，制定了智能建筑监控系统的通信协议。通讯协议的制定主要包括以下3个步骤。

4．1 CAN总线网络中信息传输类型

智能建筑中信息传输类型主要有以下几种：

(1)紧急信息，用以传输重要信息，优先级最高，如报警信息。

(2)广播信息，向总线上挂接的所有节点发送的信息。

(3)命令信息，控制节点向执行节点发送的信息。

(4)状态信息，执行节点接收到命令执行后，向控制节点反馈的信息。

(5)数据信息，负责采集数据的节点发送的信息，如传感器采集到的信息。

4．2 根据标识符的分配方案确定各节点优先级

标识符的分配方案首先满足节点以及报文信息对优先级的要求，同时利用标识符空问加载有关信息，减少在数据域内占用的空间。本系统采用有29位标识符的扩展帧格式，具体分配如下：

(1)信息类型标识符(ID．28～ID．23)，000001—紧急信息，000010—广播信息，000011—命令信息，000100—状态信息，000101—数据信息。

(2)节点地址标识符(ID．22～ID．15)，0000000l—上位机节点，00000010—安全监控节点，00000100—消防监控节点，0000010l—配电节点，00000111—给排水节点，00001000—电梯节点，00001001—照明节点，00001010—空调节点。

(3)报文功能标识符(ID．14～ID．08)，如果一个节点发送多帧报文，在报文信息类型相同的情况下，可以用报文功能标识符来区分报文的优先级。

(4)现场装置地址标识符(ID．07～ID．00)。

4．3 组织各帧报文

明确各节点发送的报文，对系统中各类控制信号和数据进行分类，填充各报文的数据域。

作者：王忠 孙浩钦 易茂祥   来源：电子科技