CAN-bus 現(xiàn)場總線應用方案（電梯控制）

標簽：CAN-bus 現(xiàn)場總線 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)中國地區(qū)代理商。

依靠強大的專業(yè)開發(fā)團隊、PHILIPS半導體的領(lǐng)先技術(shù)與國際CiA協(xié)會、ODVA協(xié)會的支持，我們致力于發(fā)展中國的CAN產(chǎn)品與應用事業(yè)。至現(xiàn)在，我們已成功開發(fā)出一系列CAN-bus教學、接口、工具、應用產(chǎn)品，能夠為客戶提供從“芯片”、“工具”、“模塊”、“方案”等各個方面的服務，涉及CAN-bus多個行業(yè)與應用領(lǐng)域。我們自主開發(fā)的數(shù)個型號產(chǎn)品已經(jīng)領(lǐng)先于國外技術(shù)水平，并已投入廣泛的實際應用。

CAN-bus介紹

CAN-bus(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。起先，CAN-bus被設計作為汽車環(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。比如：發(fā)動機管理系統(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，基本設計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km時，CAN-bus仍可提供高達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)中受到廣泛應用。

作為一種技術(shù)先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網(wǎng)絡通訊控制方式，CAN-bus 已被廣泛應用到各個自動化控制系統(tǒng)中。從高速的網(wǎng)絡到低價位的多路接線都可以使用CAN-bus。例如，在汽車電子、自動控制、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接口連接成一個完整的通訊網(wǎng)絡，實時傳輸各運行參數(shù)、控制命令。設計CAN-bus通訊接口是很重要的一個環(huán)節(jié)，設備的正確運行與其密切相關(guān)。下面的圖給出了一個實際電梯控制系統(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。P87C52X2芯片是PHILIPS公司生產(chǎn)的標準80C51內(nèi)核單片機，包含8KB OTPROM、256B RAM、32個I/O口、3個16位定時/計數(shù)器、雙DPTR、1個UART口，可以工作在6CLK模式下，運行速度可以是標準80C51的2倍。另外，在部分特定的單元控制電路中，設計要求占用資源較多，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，或選擇適應度更高的其他元器件。

SJA1000芯片是一款獨立CAN控制器，由PHILIPS公司設計并生產(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。而且，SJA1000是PCA82C200獨立CAN控制器的升級產(chǎn)品，在引腳、電氣上與PCA82C200控制器完全兼容，并具有更強功能的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CAN-bus節(jié)點正在使用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的升級型號，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，支持遠程喚醒，并集成有完善的總線保護功能。TJA1040可以支持40Kbps～1Mbps高速率范圍，在不需要CAN中繼器的場合，通訊距離可達1.2Km遠，通訊節(jié)點數(shù)目可達110個節(jié)點。TJA1040主要應用在汽車電子應用，或者用于工業(yè)控制領(lǐng)域，能夠適應任何苛刻的工作環(huán)境。

在CAN-bus節(jié)點電路中，增加保護電路是必要的。另外，收發(fā)器板應盡可能放在接近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電路不應穿越總線或跳線。

將產(chǎn)品設計為分離終端的形式，這樣可以使CAN總線實現(xiàn)要求更高的抗干擾/幅射性能。當然，在網(wǎng)絡中允許混合單終端和分離終端。

對于CAN器件的選型請參考《CAN-bus 現(xiàn)場總線基礎方案-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的正確采集和控制信號的正確輸出保證著電梯的安全運行。輸入輸出信號的接口電路的設計是一個相當重要的環(huán)節(jié)。下面給出了常用的輸入輸出信號接口電路：

1: 輸入電路，下圖所示為一個常用的信號輸入電路，用于采樣電梯系統(tǒng)的外部信號，并將信號進行電氣隔離，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放大，用于驅(qū)動一個繼電器，從而實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的控制。

電梯控制系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡參數(shù)

CAN總線

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

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標準通訊波特率。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。

建議采用屏蔽雙絞線作為CAN-bus通訊電纜;使用國標AWG18(截面積為Φ0.75㎜2)的導線一般可以保證在1KM距離下實現(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)絡拓撲結(jié)構(gòu)

- 電梯控制系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡采用總線型網(wǎng)拓撲結(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)絡結(jié)構(gòu)的設計，請參考ISO11898-2和SAEJ2284標準中對CAN總線拓撲結(jié)構(gòu)的說明。