1  前言

    機場助航燈光系統(tǒng)是機場飛行安全的重要保障。綜合運用電子、計算機和網(wǎng)絡(luò)等先進技術(shù)對機場各種助航燈光設(shè)備進行監(jiān)視、控制和管理成為當(dāng)前機場現(xiàn)代化建設(shè)的重要內(nèi)容。隨著3Ｃ技術(shù)（Computer、Control、Communication）的發(fā)展和在機場中的應(yīng)用，機場助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)逐步發(fā)展成為現(xiàn)場總線監(jiān)控系統(tǒng)(FCS)，實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開放化，使用于自動控制的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與機場運營管理的局域網(wǎng)有機地結(jié)合，極大地提高了機場的運行效率和安全性。本文介紹的機場助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)是基于CAN技術(shù)的現(xiàn)場總線監(jiān)控系統(tǒng)，針對 CAN總線論述了其特點、適配卡的設(shè)計和在機場燈光綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

2  CAN總線的特點

    現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動控制系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。控制器局域網(wǎng)CAN總線是德國Bosch公司從20世紀(jì)80年代初為解決汽車中眾多控制與測試儀器之間的互連數(shù)據(jù)通信而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，是國際FF協(xié)會推薦的兩種先進的現(xiàn)場總線之一[1]。CAN總線的主要特點可概括如下：

    (1) CAN網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議遵從ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通訊數(shù)據(jù)塊進行編碼，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點數(shù)在理論上不受限制，增減節(jié)點時也不必對任何節(jié)點的軟硬件進行修改；
    (2) 它是一種多主總線，即每個節(jié)點機均可成為主機，且節(jié)點機之間也可進行通信；
    (3) CAN 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息具有優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在140µs內(nèi)得到傳輸；
    (4) 數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)。可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性；
    (5) CAN 節(jié)點在自身發(fā)生嚴(yán)重錯誤的情況下具有自動關(guān)閉功能，從而保證網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點的操作不受影響；
    (6) CAN協(xié)議采用CRC（循環(huán)冗余碼）檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。
    CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨特設(shè)計，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊[2]，完全滿足機場助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)對于實時性、可靠性、穩(wěn)定性的要求。

3  CAN適配卡設(shè)計

    在基于CAN總線的助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)中，作為現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的CAN總線與PC上位機的通信完全是通過CAN適配卡來完成的，所以適配卡的性能決定著整個網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。下面介紹一種CAN適配卡的制作。
    CAN通信適配卡插在PC擴展插槽上，主要由五部分組成：雙口RAM及其控制電路，89C51微控制器，SJA1000CAN控制器電路、中斷申請電路、復(fù)位電路，SJA1000CAN控制器與82C250CAN控制器接口電路。其原理框圖如圖1所示：

    由現(xiàn)場各控制對象的智能監(jiān)控單元完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運算、控制輸出等功能，與上層各操作站的信息交互通過現(xiàn)場總線進行。現(xiàn)場智能監(jiān)控單元通過現(xiàn)場總線和現(xiàn)場控制計算機內(nèi)的適配卡實現(xiàn)與上層管理網(wǎng)絡(luò)的通訊，傳送所要求的監(jiān)控數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行信息和狀態(tài)，在上層網(wǎng)絡(luò)各操作站的監(jiān)控計算機中以文字、表格、曲線、圖形和動畫的形式顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)、變化趨勢和故障情況，為管理人員的操作提供可靠、準(zhǔn)確的實時信息；同時接收上層網(wǎng)絡(luò)下達的命令，從而實現(xiàn)燈光相關(guān)設(shè)備的實時監(jiān)控。
    系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信采用Winsock技術(shù)，使用UDP協(xié)議。系統(tǒng)軟件采用了面向?qū)ο蟮墓芾怼⒎治龊驮O(shè)計方法，使用了多線程、COM組件等技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)的處理。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集拓撲圖如圖4所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔清晰，具有良好的開放性，支持ODBC、OLE。整個監(jiān)控軟件基于中文版WINDOWS 2000操作系統(tǒng)和Microsoft Visual Studio.NET企業(yè)版開發(fā)，數(shù)據(jù)顯示和操作界面采用VB開發(fā)，CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)部分采用VC開發(fā)，通過COM、DLL的形式實現(xiàn)與VB的聯(lián)合運行。
   
    采用CAN總線技術(shù)的助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的可靠性、穩(wěn)定性和實時性，其優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面：
    (1)  總線型結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少了現(xiàn)場布線和調(diào)試的工作量，降低了系統(tǒng)成本，增加了系統(tǒng)的可維護性。
    (2)  由于各種調(diào)光設(shè)備與高壓控制柜和低壓控制柜擺放距離較近，工作時會產(chǎn)生電磁干擾，而CAN總線抗干擾能力強，能夠保證通訊的可靠性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
    (3)  機場在改擴建時（尤其是進行Ⅱ類和Ⅲ類建設(shè)）往往增加許多設(shè)備，使用CAN總線技術(shù)在增刪節(jié)點時不必對現(xiàn)場節(jié)點的軟件和硬件作任何改動。
    (4)  由于應(yīng)用CAN總線的系統(tǒng)具有良好的開放性，不同廠家的設(shè)備可以在同一個系統(tǒng)中使用，降低了機場的建設(shè)和運營成本。
    (5)  CAN總線技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)有機結(jié)合，使塔臺和燈光站的工作人員可以實時看到現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息，對其進行參數(shù)調(diào)整和故障診斷，真正實現(xiàn)了助航燈光設(shè)備的遠程實時監(jiān)控，為飛機起降提供快速、準(zhǔn)確地引導(dǎo)。

5  結(jié)束語

    基于CAN總線的機場燈光監(jiān)控系統(tǒng)，是采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點，把信息處理過程放到現(xiàn)場進行，而通過操作站集中管理。在國內(nèi)三十多個機場的實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠經(jīng)受住現(xiàn)場的考驗，通信速率高，出錯率極低，運行效果良好，體現(xiàn)了CAN總線高性能、高可靠性的優(yōu)點。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，通過各種CAN轉(zhuǎn)接設(shè)備，將CAN與計算機相連，使整個機場的助航燈光設(shè)備、目視引導(dǎo)設(shè)備和地面活動物體引導(dǎo)系統(tǒng)均能納入到機場控制系統(tǒng)的整體管理中，這在機場信息化、現(xiàn)代化的建設(shè)中顯得尤為重要。