基于CAN总线的地下管廊安全定位与监控系统的制作方法

基于can总线的地下管廊安全定位与监控系统
技术领域
1.本实用新型涉及地下管廊技术领域；具体的，涉及一种基于can总线的地下管廊安全定位与监控系统。


背景技术：

2.地下管廊，是集城市供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等各种工程为一体的一个地下通道。目前，国内外许多城市地下管廊虽建有测控物联网，一般为采用rs
‑
485接口的modbus总线协议、zigbee无线传输协议、环形光纤以及4g技术等构建管廊内部的物联网络，用于对管廊内部的温度、湿度、水位、可燃气体等环境因素进行检测，并上传到管理平台上；对管廊中的风机、水泵等进行远程控制；使用摄像头对地下管廊进行视频监测。现有技术对于管廊内部各设施及环境地监控，大都采取plc、rtu等控制方式。
3.但是，现有的地下管廊内部网络的安全性、可靠性不高，且造价昂贵又不能准确定位地下管廊内部的位置。而对于几十、上百公里的地下通道来说万一发生问题，不能及时准确地定位其坐标，尤其是在出现火灾烟雾弥漫时，摄像头失效，无线传输的距离也会大大缩短，灾害信息将无法可靠传输，极大地影响了地下管廊的安全生产。


技术实现要素：

4.本实用新型为解决现有技术的局限性，提供了一种基于can总线的地下管廊安全定位与监控系统。
5.为实现以上实用新型目的，采用的技术方案是：
6.一种基于can总线的地下管廊安全定位与监控系统，包括地下管廊工业互联网管控中心、共融式核心控制器以及测控节点；
7.所述地下管廊工业互联网管控中心连接所述共融式核心控制器；所述共融式核心控制器以及测控节点布设于地下管廊各工作仓段中；所述共融式核心控制器分别作为各工作仓段的测控中枢，通过can总线连接所述共融式核心控制器所在工作仓段中的测控节点；所述测控节点用于连接地下管廊中的测控设备。
8.相较于现有技术，本实用新型所提供的方案，通过在地下管廊中构建can物联网进行有线传输，提高了系统的可靠性；利用can物联网技术，不仅能安全定位各测控节点的位置，提高地下管廊定位的精度，而且能监控各测控节点的时间、查询非法人员入侵的轨迹及运动速度等内容，提高管廊生产的安全性。其以can总线传输信息，各节点可直接向其它节点发送信息，而无须共融式核心控制器转发；即使共融式核心控制器损坏，can总线部分路段仍可通信，大大提升地下管廊的经济实用性。
9.作为一种优选的方案，在各工作仓段中，所述测控节点以所述共融式核心控制器为中心，在所述共融式核心控制器左右两边分别构成一个can子网。
10.作为一种优选的方案，所述测控节点根据地理坐标沿地下管廊等距布设。
11.进一步的，所述测控节点的布设间隔根据定位精度要求设置。
12.进一步的，所述测控节点包括用于反映测控节点所在地理坐标的节点id关联模块。
13.更进一步的，所述测控节点还包括节点传输模块、检错模块、错误处理模块；所述节点传输模块接入can总线，分别连接所述节点id关联模块以及错误处理模块，所述检错模块连接所述错误处理模块；其中：
14.所述检错模块用于识别所述测控节点的运行错误，根据危害程度对运行错误进行打分加权，判断所述测控节点运行状态；
15.所述错误处理模块用于在所述节点传输模块发送的信息遭到破坏后控制所述节点传输模块重新发送信息，根据所述检错模块对所述测控节点运行状态的判断结果控制所述测控节点加入或退出can总线。
16.作为一种优选的方案，所述地下管廊工业互联网管控中心包括节点通信失效侦测模块，所述节点通信失效侦测模块用于接收各测控节点定时发送的包，根据接收情况判断是否有测控节点通信失效。
17.作为一种优选的方案，所述共融式核心控制器包括网络传输模块、can通信传输模块以及时间戳生成模块；
18.所述网络传输模块接入所述地下管廊工业互联网管控中心与所述共融式核心控制器之间的连接；所述can通信传输模块接入can总线；所述时间戳生成模块用于对所述can通信传输模块接收到的节点报文添加时间戳。
19.作为一种优选的方案，所述地下管廊工业互联网管控中心通过以太网连接所述共融式核心控制器。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例1提供的基于can总线的地下管廊安全定位与监控系统的示意图；
21.图2为本实用新型实施例2提供的基于can总线的地下管廊安全定位与监控系统的网络拓扑图；
22.图3为本实用新型实施例2提供的基于can总线的地下管廊安全定位与监控系统的示意图；
23.图4为本实用新型所述测控节点的分布示例；
24.图5为本实用新型can
‑
iot错误处理逻辑示意图；
25.图6本实用新型can发送邮箱数据长度和时间戳寄存器的示意图。
具体实施方式
26.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
27.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术实施例保护的范围。
28.在本技术实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术实施例。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和
“
该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
29.下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
30.此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。
31.以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。
32.本实用新型提供以下方案：
33.实施例1
34.请参阅图1，一种基于can总线的地下管廊安全定位与监控系统，包括地下管廊工业互联网管控中心1、共融式核心控制器2以及测控节点3；
35.所述地下管廊工业互联网管控中心1连接所述共融式核心控制器2；所述共融式核心控制器2以及测控节点3布设于地下管廊各工作仓段中；所述共融式核心控制器2分别作为各工作仓段的测控中枢，通过can总线连接所述共融式核心控制器2所在工作仓段中的测控节点3；所述测控节点3用于连接地下管廊中的测控设备。
36.相较于现有技术，本实施例所提供的方案通过在地下管廊中构建can物联网进行有线传输，提高了系统的可靠性；利用can物联网技术，不仅能安全定位各测控节点的位置，提高地下管廊定位的精度，而且能监控各测控节点的时间、查询非法人员入侵的轨迹及运动速度等内容，提高管廊生产的安全性。其以can总线传输信息，各节点可直接向其它节点发送信息，而无须共融式核心控制器转发；即使共融式核心控制器损坏，can总线部分路段仍可通信，大大提升地下管廊的经济实用性。
37.具体的，一个庞大的城市地下管廊，会被分割成许多独立工作的工作仓段。本实施例中，运用了安全性最高的can技术组建can
‑
iot(can物联网)，并作为管廊工业互联网管理系统的底层测控端局域网：
38.有线传输的可靠性远高于无线传输，尤其是在出现火灾烟雾弥漫时，摄像头失效，无线传输的距离也会大大缩短，灾害信息将无法可靠传输，运用can技术可以有效避免上述问题。在物联网有线传输中最可靠又经济的传输方式是can总线，can总线为串行、多主总线，各节点可直接向其它节点发送信息，无须共融式核心控制器转发；即使共融式核心控制器损坏，can总线部分路段仍可通信。can总线是无损竟争仲裁通信(这一点优于以太网通信的有损竞争)，总线上两个以上的节点同时开始发送消息时会发生总线竞争，根据信息的标识符id决定优先级：高优先级的信息继续无损发送；而低优先权的信息停止发送，待总线空闲时再发送。
39.请参阅图2，所述测控设备包括温湿度传感器、红外传感器、液位传感器、氧气传感
器、可燃气体传感器等。所述测控节点与所述测控设备之间可以分别通过感知模块mcu连接，从而进一步通过感知模块mcu控制照明、井盖、泵机、风机等设备。
40.所述地下管廊工业互联网管控中心1通过以太网连接所述共融式核心控制器2。
41.实施例2
42.请参阅图3，一种基于can总线的地下管廊安全定位与监控系统，包括地下管廊工业互联网管控中心1、共融式核心控制器2以及测控节点3；
43.所述地下管廊工业互联网管控中心1连接所述共融式核心控制器2；所述共融式核心控制器2以及测控节点3布设于地下管廊各工作仓段中；所述共融式核心控制器2分别作为各工作仓段的测控中枢，通过can总线连接所述共融式核心控制器2所在工作仓段中的测控节点3；所述测控节点3用于连接地下管廊中的测控设备；
44.在各工作仓段中，所述测控节点3以所述共融式核心控制器2为中心，在所述共融式核心控制器2左右两边分别构成一个can子网；
45.所述测控节点3根据地理坐标沿地下管廊等距布设；
46.所述测控节点3的布设间隔根据定位精度要求设置。
47.作为一种优选实施例，所述测控节点3包括用于反映测控节点3所在地理坐标的节点id关联模块31。
48.具体的，每个工作仓段的共融式核心控制器有其唯一的ip地址，同时标识该工作仓段的物理地址，使ip地址与仓段地址间建立一种映射关系，通过仓段地址说明该仓段属于哪个区域、哪个分控中心、哪个变电所、哪个地段等。
49.通过上述设置，在每个仓段中，以共融式核心控制器为中心，左右分别建立两个can子网段，即形成can1和can2两个子网。采用can
‑
iot进行定位的过程中，作为一种可选实施例，如图4所示，所述测控节点3沿管廊按地理坐标每10m布设一个(意味着定位精度为10m)，将每一个测控节点3赋予一个代表地理位置的节点地址。但在can通信中，不是基于节点地址，而是基于标识符id通信的。每个测控节点3的id号，表明了该测控节点3在can通信中的优先级，故每个测控节点3的id清晰地标识出其“身份及地位”。在工作仓段内的每个测控节点，根据其重要性赋予其地理坐标，并于该测控节点3的id号建立关联，即每个测控节点，有其唯一的地理坐标，同时亦有唯一的id号，地理坐标和id号之间是一一对应的，根据id号可迅速判定该测控节点3在仓段内的地理位置，反之亦然。
50.在每个工作仓段can
‑
iot中，采用11位基本id号，每一个节点附以16进制2字节的节点地址。共融式核心控制器的节点地址为0000h；其can1子网中测控节点的地址为0001
‑
002fh；can2子网中测控节点的地址为0101
‑
012fh。其中高字节为子网号，低字节01
‑
2fh为测控节点地址。16位节点地址的高7位全为0，去掉节点地址前5位0，余下的11位就可转化为该节点的标识符id。如表1所示。
51.当共融式核心控制器的can节点地址为0000h，则标识符为11位0。can
‑
iot中所有测控节点上传的数据帧的id全设为11位0，同时设置共融式核心控制器的can滤波匹配为所有id是11位0的信息帧全接收。这样整个can网的测控数据皆被共融式控制器接收并转发到管廊工业互联网管理平台。
52.此外，共融式核心控制器收到管廊工业互联网管理平台的命令/查询帧，解析出目的节点地址，并以目的地址的id发送。每个测控节点将自己接收的can滤波匹配为本身id。
这样共融式核心控制器转发管理平台的命令/查询帧只会由指定目的地址的can节点接收。
53.表1：can节点、id与地下管廊中的地理定位表
[0054][0055][0056]
如果把仓段内测控节点的数量提高一倍，这样每个节点的地理坐标可定位在5m，使节点定位精度提高一倍。同样在每个工作仓段内，也可布设两个共融式核心控制器，形成4个can子网，can节点每5m敷设一个，定位精度亦可达到5m。
[0057]
进一步的，所述测控节点3还包括节点传输模块32、检错模块33、错误处理模块34；所述节点传输模块32接入can总线，分别连接所述节点id关联模块31以及错误处理模块34，所述检错模块33连接所述错误处理模块34；其中：
[0058]
所述检错模块33用于识别所述测控节点3的运行错误，根据危害程度对运行错误进行打分加权，判断所述测控节点3运行状态；
[0059]
所述错误处理模块34用于在所述节点传输模块32发送的信息遭到破坏后控制所述节点传输模块32重新发送信息，根据所述检错模块33对所述测控节点3运行状态的判断结果控制所述测控节点3加入或退出can总线。
[0060]
具体的，请参阅图5，通过上述设置，所述测控节点3将具有可靠的错误处理和检错能力：发送的信息遭到破坏后，可自动重发；测控节点在错误严重的情况下能够自动退出总线；测控节点能识別各种出错，并对各种出错按危害打分加权，当危害累计到一定程度，出错节点会自动退出总线且不影响总线地运行。当出错危害消除时，测控节点会自动再加入总线运行。
[0061]
作为一种优选实施例，所述地下管廊工业互联网管控中心1包括节点通信失效侦测模块11，所述节点通信失效侦测模块11用于接收各测控节点3定时发送的包，根据接收情况判断是否有测控节点3通信失效。
[0062]
具体的，可以设置所述测控节点3均在一个规定的节拍时间内(如30秒)向所述地下管廊工业互联网管控中心1的节点通信失效侦测模块11发送一个“心跳平安包”(也可用数据包代替平安心跳包)。收到发出数据包或平安心跳包对应的测控节点3即通信正常。所述节点通信失效侦测模块11亦可向没发送数据包或平安心跳包的测控节点3发出查询包，若第二个节拍仍未收到上述测控节点3的数据包或平安心跳包，则说明该处测控节点3通信失效，并可定位指示其地理位置。
[0063]
进一步的，所述共融式核心控制器2包括网络传输模块21、can通信传输模块22以及时间戳生成模块23；
[0064]
所述网络传输模块21接入所述地下管廊工业互联网管控中心1与所述共融式核心
控制器2之间的连接；所述can通信传输模块22接入can总线；所述时间戳生成模块23用于对所述can通信传输模块22接收到的节点报文添加时间戳。
[0065]
具体的，当共融式核心控制器通过can总线接收到某测控节点信息后，所述时间戳生成模块23立即启动共融式核心控制器发送邮箱数据长度和时间戳寄存器(can_tdtxr)(x＝0..2)，生成该测控节点的时间戳。如图6所示，time[15:0]为记录的报文时间戳。共融式核心控制器叠加该时间戳与仓段地址、can原节点地址、代码、数据等内容，通过tcp/ip协议上传给所述地下管廊工业互联网管控中心1。这样不仅能准确定位该测控节点的时间，亦可查询非法人员入侵的轨迹、运动速度等。
[0066]
更具体的，以在海口市城市地下管廊的实施情况为示例：
[0067]
在其地下管廊工作仓段中，所述共融式核心控制器2的地址码固定为16进制2字节，其分配如表2所示。如海口市秀英区西海岸海星北路301仓段。该仓段属于西海岸分控中心，由s22变电所供电。
[0068]
表2：仓段地址码分配
[0069]
仓段地址码d15
‑
d8d7
‑
d0d7
‑
d4d3
‑
d0实际意义不同区域不同分控中心不同变电所同一变电所下的301仓
[0070]
根据表2，设定海口市秀英区西海岸海星北路301仓段的地址码为2ac1h(2为秀英区，a为西海岸分控中心，c为s22变电所，1为301仓段)，同时该仓段地址码亦是共融式核心控制器ip地址映射的物理地址。
[0071]
而对于测控节点3的节点id关联模块31，在301仓段can
‑
iot中，采用11位基本id，每一个测控节点3附以16进制2字节的节点地址。其can1子网中测控节点的地址为0001
‑
002fh；can2子网中测控节点的地址为0101
‑
012fh。其中高字节为子网号，低字节00
‑
2fh为测控节点地址。16位节点地址的高7位全为0，去掉节点地址前5位0，余下的11位就可转化为标识符id。设共融式核心控制器can节点地址为0000h，则标识符为11位0。温度、湿度、含氧量等节点地址和id号如表3所示。
[0072]
表3：301仓段can节点、id与地下管廊中的地理定位表
[0073]
节点地址0001h(温度)0002h(湿度)0003h(含氧量
…
000nhcan1子网id000000000010000000001000000000011 000000000xx物理位置5m15m25m 10*n 5m节点地址0101h(温度)0102h(湿度)0103h(含氧量
…
010nhcan2子网id001000000010010000001000100000011
…
001000000xx物理位置
‑
5m
‑
15m
‑
25m
ꢀ‑
10*n
‑
5m
[0074]
同样，若在301仓段内把测控节点的数量提高一倍，这样每个节点的地理坐标可定位在5m，使节点定位精度提高一倍。另外在该仓段内，也可布设两个共融式核心控制器2，形成4个can子网，can节点每5m铺设一个，定位精度亦可达到5m。
[0075]
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。