基于CAN總線的電梯呼梯控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

　　目前電梯的生產(chǎn)情況和使用數(shù)量成為一個國家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。電梯是機電一體的高層建筑的復(fù)雜運輸設(shè)備。它涉及機械工程、電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機與拖動理論、自動控制理論等多個科學(xué)領(lǐng)域。電梯呼梯控制器是電梯的一個重要組成部分, 位于每一層樓電梯門的左邊或者右邊，是每一層樓的呼叫裝置，用于給出每一樓層的呼叫請求信息，并顯示電梯當(dāng)前運行情況。乘客可以通過顯示器、按鍵等了解到電梯運行的大量信息。本文采用CAN總線技術(shù)設(shè)計呼梯控制器,各控制器之間只需一對雙絞線以一定的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)連接即可,安裝極為方便,且可靠性高。對于不同樓層數(shù)的控制系統(tǒng)只需在CAN總線中加入相應(yīng)數(shù)目的呼梯控制器即可,主控制器硬件軟件不需做任何改動,使得電梯控制系統(tǒng)安裝更加靈活和方便。

2 電梯呼梯控制器簡介

　　電梯呼梯控制器是電梯系統(tǒng)的呼叫部分，按照功能來說，呼梯控制器包括三大部分：電梯顯示單元、呼叫接收單元和通信單元。

　?。?）顯示單元：

　　呼梯顯示單元是乘客與電梯之間人機交流的部分，它的作用是電梯門區(qū)等待電梯的乘客能夠及時的了解電梯當(dāng)前所在運行樓層，電梯當(dāng)前運行方向以及當(dāng)前本樓層的呼叫情況。本系統(tǒng)采用兩個8段發(fā)光LED作為樓層顯示器，采用兩個帶有上下箭頭LED作為電梯上下運行的方向顯示器，呼梯控制器通過與主控進行通信，獲取當(dāng)前電梯情況并顯示出來。

　?。?）呼叫接收單元：

　　當(dāng)乘客需要乘坐電梯時，乘客需要通過每層樓中的呼梯面板上的兩個呼叫按鈕進行呼叫，給電梯控制系統(tǒng)發(fā)出上呼（需要到達當(dāng)前樓層以上的地方的呼叫）和下呼（需要到達當(dāng)前樓層以下的地方的呼叫）請求。呼梯控制器接收到呼叫請求后，經(jīng)過處理，通過通信單元發(fā)送給主控制器。

　?。?）通信單元：

　　在傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)中，呼梯和主控之間通信是采用點對點的通信方式，即I/O直接控制方式，主控器通過16根樓層顯示線、2根方向顯示線、2個呼叫登記等多根信號線直接與每一層樓的呼梯板進行直接連接，當(dāng)電梯樓層增加時，使得系統(tǒng)連線異常復(fù)雜。因此，本系統(tǒng)采用CAN總線完成呼梯與主控之間的通訊，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　電梯呼梯控制器采用PIC18F258單片機作為核心，該單片機自帶CAN收發(fā)接口。外圍電路由CAN驅(qū)動模塊、輸入模塊、顯示模塊及撥碼開關(guān)、上按鍵、下按鍵和調(diào)試接口等組成。電梯呼梯控制器作為CAN總線網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點,CAN驅(qū)動模塊是呼梯控制器和物理總線間的接口,提供對CAN總線的差動發(fā)送和接收功能;輸入模塊接收主控發(fā)出的上呼，下呼以及到站開門信號等, 這些信息按照通信協(xié)議的要求,經(jīng)過處理后裝入郵箱再發(fā)送到CAN總線上;顯示單元包括按鍵燈顯示、點陣顯示和檢修燈顯示3個部分,其中點陣顯示還能實現(xiàn)樓層數(shù)和方向箭頭的滾動效果。

　　3.1 CAN驅(qū)動模塊

　　CAN （Control Area Network，控制局域網(wǎng)絡(luò)）最早是由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標(biāo)準組織制定為國際標(biāo)準，廣泛應(yīng)用在離散控制系統(tǒng)。CAN協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，但其模型結(jié)構(gòu)只有3層，即只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和最上層的應(yīng)用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線。通信速率可達1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達l0km/kbps。可掛接設(shè)備最多為110 個。CAN屬于一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，采用了許多新技術(shù)及獨特的設(shè)計。與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。

　　CAN收發(fā)器選用PHILIPS公司的PCA82C250，它是一種應(yīng)用廣泛的CAN控制器與物理總線間的接口芯片，能夠?qū)偩€的信息進行差動發(fā)送和接收。為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在PCA 82C250和PIC18F258之間增加了高速光隔6N137。為了保證CAN總線的穩(wěn)定性，CAN驅(qū)動模塊的電源采用DC2405單獨供電。

　　3.2 顯示單元

　　呼梯控制器顯示單元包括按鍵燈、樓層、方向箭頭和檢修燈的顯示。傳統(tǒng)的電梯都是用七段碼來顯示方向箭頭和樓層數(shù),本系統(tǒng)采用5×7的LED點陣顯示屏來顯示,并且可以讓箭頭和樓層數(shù)在電梯運行的時候進行滾動顯示。PIC通過TX口發(fā)送4個8位串行信號,發(fā)送順序依次為箭頭方向,十位樓層,個位樓層和行選中。將上一個串行轉(zhuǎn)并行器件74HC164的并行輸出端Q7與下一個74HC164的串行輸入端A相連,構(gòu)成4個74HC164的級連,最先發(fā)送的箭頭方向信號就被傳送到最后一個74HC164上,后3個74HC164的輸出端Q0～Q6分別連接3個點陣的列地址A1～A7,第一個74HC164的 Q0～Q4通過單向驅(qū)動器件MC1413連接3個點陣的行地址B1～B5。點陣采用掃描的方式,軟件中每隔1ms輸出一行,因此5行只需要5ms的時間, 人眼不會感到閃爍;列信號每隔50ms移一位,因此可以產(chǎn)生箭頭和樓層數(shù)的滾動效果。當(dāng)電梯出現(xiàn)故障時,單片機通過I/O口輸出高電平來點亮檢修燈。點陣顯示原理圖如圖1所示。

　　3.3 呼叫單元

　　呼梯控制器中還包括撥碼開關(guān)、上按鍵、下按鍵和調(diào)試接口。撥碼開關(guān)用來設(shè)置該呼梯控制器所在樓層的樓層號，當(dāng)電梯上行或下行時，主控制器將當(dāng)前電梯所在的樓層號與乘客預(yù)期到達的樓層號相比，如果相同則電梯停止運行，如果不同則繼續(xù)上行或下行，同時箭頭向上或向下滾動。上、下按鍵是乘客發(fā)出呼叫的部分，呼梯接收到呼叫請求后，經(jīng)過處理，通過通信部分發(fā)送給主控制器。調(diào)試接口是用來下載程序或仿真調(diào)試。仿真器選用貝能公司的ICD2。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　4.1 CAN通信軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)中CAN模塊工作于配置模式和正常工作模式。首先在配置模式下將控制和狀態(tài)寄存器，波特率控制寄存器，I/0控制寄存器，中斷標(biāo)志和控制寄存器，接收掩碼寄存器和接收濾波寄存器按照系統(tǒng)要求設(shè)定好，以保證CAN總線暢通。此寄存器只能在配置模式下進行設(shè)定，設(shè)定完畢后進入正常工作模式。上位機和下位機都將各自的CAN接收中斷打開，等待CAN總線傳送來的數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)發(fā)送呼梯信息時，CAN的16位設(shè)置CAN發(fā)送的格式、數(shù)據(jù)楨和位數(shù)據(jù);17位存放樓層號作為ID號;18位設(shè)為0;19和20位存放上行信息，有上行信息就發(fā)送2個字節(jié)FFFFH,如果沒有就發(fā)送0000H;21和22 位存放下行信息。CAN模塊發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖如圖2所示。

　　4.2 主程序設(shè)計

　　軟件要實現(xiàn)撥碼開關(guān)的初始化設(shè)置、 CAN的初始化設(shè)置、讀主控響應(yīng)并接收從CAN總線傳來的信息、處理按鍵呼叫子程序、CAN發(fā)送以及點陣顯示。程序主流程圖如圖3所示。

5 結(jié)束語

　　本文以PIC18F258為核心，設(shè)計了具有CAN通訊接口的電梯呼梯控制器，經(jīng)過近1年的現(xiàn)場使用，表明該控制器具有良好的功能特性和極高的可靠性,現(xiàn)場抗干擾能力強，而且性能價格比較高。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,是未來電梯控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢,目前已經(jīng)成功地投入批量生產(chǎn)。