CAN-bus 現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用方案（電梯控制）

標(biāo)簽：CAN-bus 現(xiàn)場(chǎng)總線 電梯控制

前言

2003年5月6日，PHILIPS正式授權(quán)：廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司為汽車電子產(chǎn)品線(含CAN-bus、汽車防盜器RFID、汽車傳感器)中國(guó)地區(qū)代理商。

依靠強(qiáng)大的專業(yè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)、PHILIPS半導(dǎo)體的領(lǐng)先技術(shù)與國(guó)際CiA協(xié)會(huì)、ODVA協(xié)會(huì)的支持，我們致力于發(fā)展中國(guó)的CAN產(chǎn)品與應(yīng)用事業(yè)。至現(xiàn)在，我們已成功開發(fā)出一系列CAN-bus教學(xué)、接口、工具、應(yīng)用產(chǎn)品，能夠?yàn)榭蛻籼峁?ldquo;芯片”、“工具”、“模塊”、“方案”等各個(gè)方面的服務(wù)，涉及CAN-bus多個(gè)行業(yè)與應(yīng)用領(lǐng)域。我們自主開發(fā)的數(shù)個(gè)型號(hào)產(chǎn)品已經(jīng)領(lǐng)先于國(guó)外技術(shù)水平，并已投入廣泛的實(shí)際應(yīng)用。

CAN-bus介紹

CAN-bus(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。起先，CAN-bus被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。

CAN-bus是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10Km時(shí)，CAN-bus仍可提供高達(dá)5Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN串行通訊總線具有這些特性，它很自然地在汽車、制造業(yè)以及航空工業(yè)中受到廣泛應(yīng)用。

作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CAN-bus 已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線都可以使用CAN-bus。例如，在汽車電子、自動(dòng)控制、智能大廈、電力系統(tǒng)、安防監(jiān)控等各領(lǐng)域，CAN-bus 都具有不可比擬的優(yōu)越性。

CAN-bus通訊電路

CAN-bus通訊單元

電梯控制系統(tǒng)的控制部分由電梯主控制器、轎廂控制器、樓層控制器(多套)、群控器組成，通過CAN-bus接口連接成一個(gè)完整的通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)傳輸各運(yùn)行參數(shù)、控制命令。設(shè)計(jì)CAN-bus通訊接口是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)備的正確運(yùn)行與其密切相關(guān)。下面的圖給出了一個(gè)實(shí)際電梯控制系統(tǒng)的CAN-bus通訊單元電路圖。電路結(jié)構(gòu)為：

MCU(*P87C52X2)+CAN控制器(SJA1000)+CAN收發(fā)器(TJA1040T)

采用以上的電路結(jié)構(gòu)，可使電梯控制系統(tǒng)具有成本更低、配置靈活、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。P87C52X2芯片是PHILIPS公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)80C51內(nèi)核單片機(jī)，包含8KB OTPROM、256B RAM、32個(gè)I/O口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、雙DPTR、1個(gè)UART口，可以工作在6CLK模式下，運(yùn)行速度可以是標(biāo)準(zhǔn)80C51的2倍。另外，在部分特定的單元控制電路中，設(shè)計(jì)要求占用資源較多，則可以選擇具有更多資源的MCU芯片，比如：P89C51RX2系列、P89C6xX2系列、P87C51MX系列，或選擇適應(yīng)度更高的其他元器件。

SJA1000芯片是一款獨(dú)立CAN控制器，由PHILIPS公司設(shè)計(jì)并生產(chǎn)，具有優(yōu)秀的EMI、EMC性能，適合用于汽車電子和工業(yè)環(huán)境中的控制器局域網(wǎng)絡(luò)。而且，SJA1000是PCA82C200獨(dú)立CAN控制器的升級(jí)產(chǎn)品，在引腳、電氣上與PCA82C200控制器完全兼容，并具有更強(qiáng)功能的PeliCAN工作模式，完全支持具有很多新特性的CAN 2.0B協(xié)議。目前，已有數(shù)億個(gè)CAN-bus節(jié)點(diǎn)正在使用SJA1000作為CAN控制器。

TJA1040芯片是PHILIPS公司在2002年推出的新一代高速CAN收發(fā)器，是PCA82C250/251、TJA1050的升級(jí)型號(hào)，具有非常優(yōu)秀的EMC性能，在不上電狀態(tài)下有理想的無源性能，提供低功耗管理，支持遠(yuǎn)程喚醒，并集成有完善的總線保護(hù)功能。TJA1040可以支持40Kbps～1Mbps高速率范圍，在不需要CAN中繼器的場(chǎng)合，通訊距離可達(dá)1.2Km遠(yuǎn)，通訊節(jié)點(diǎn)數(shù)目可達(dá)110個(gè)節(jié)點(diǎn)。TJA1040主要應(yīng)用在汽車電子應(yīng)用，或者用于工業(yè)控制領(lǐng)域，能夠適應(yīng)任何苛刻的工作環(huán)境。

在CAN-bus節(jié)點(diǎn)電路中，增加保護(hù)電路是必要的。另外，收發(fā)器板應(yīng)盡可能放在接近PCB邊沿連接器的位置。邊沿連接器和收發(fā)器之間不允許有其他EC元件。CAN_H/L或Tx/Rx電路不應(yīng)穿越總線或跳線。

將產(chǎn)品設(shè)計(jì)為分離終端的形式，這樣可以使CAN總線實(shí)現(xiàn)要求更高的抗干擾/幅射性能。當(dāng)然，在網(wǎng)絡(luò)中允許混合單終端和分離終端。

對(duì)于CAN器件的選型請(qǐng)參考《CAN-bus 現(xiàn)場(chǎng)總線基礎(chǔ)方案-芯片篇》。

輸入輸出接口電路

在電梯控制系統(tǒng)中各控制器輸入信號(hào)的正確采集和控制信號(hào)的正確輸出保證著電梯的安全運(yùn)行。輸入輸出信號(hào)的接口電路的設(shè)計(jì)是一個(gè)相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。下面給出了常用的輸入輸出信號(hào)接口電路：

1: 輸入電路，下圖所示為一個(gè)常用的信號(hào)輸入電路，用于采樣電梯系統(tǒng)的外部信號(hào)，并將信號(hào)進(jìn)行電氣隔離，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

2: 輸出電路，下圖是將輸出控制信號(hào)放大，用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)繼電器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。

電梯控制系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

CAN總線

- 電梯控制系統(tǒng)是基于CAN-bus的控制網(wǎng)絡(luò)，要求各控制單元的CAN器件必須符合ISO11898-2標(biāo)準(zhǔn)。

CAN總線波特率

- 電梯控制系統(tǒng)中CAN-bus通訊波特率可以參考選擇以下波特率：20 kbits/S 、50 kbits/S 、125 kbits/S 、250 kbits/S;這些波特率均為CiA標(biāo)準(zhǔn)通訊波特率。CAN總線的通訊波特率和距離之間的關(guān)系，參考表2-1。

CAN總線電纜

- 在電梯控制系統(tǒng)中，一般采用4芯式的通訊電纜，其中2根傳輸電源，另2根傳輸CAN-bus信號(hào)。

建議采用屏蔽雙絞線作為CAN-bus通訊電纜;使用國(guó)標(biāo)AWG18(截面積為Φ0.75㎜2)的導(dǎo)線一般可以保證在1KM距離下實(shí)現(xiàn)CAN-bus可靠通訊;建議通訊電纜線的截面積采用Φ1.5mm2。

CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

- 電梯控制系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)采用總線型網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主干線和支線連接方式，如圖2-1所示。電梯控制系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，請(qǐng)參考ISO11898-2和SAEJ2284標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)CAN總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的說明。