于CAN总线的电梯呼梯控制器的设计与实现.doc

基于 CAN总线的电梯呼梯控制器的设计与实现吴蕾徐翠琴全书海（武汉理工大学自动化学院 430070）摘要 :本文设计了一种基于 CAN总线的电梯呼梯控制器 , 它是电梯的一个重要组成部分。该控制器用于给出每一楼层的呼叫请求信息，并显示电梯当前运行情况。本系统采用目前比较流行的工业现场总线 CAN总线完成呼梯控制器与主控之间的通信，并提出了其软硬件和通信协议的设计方法。关键词：PIC18F258 ; CAN总线；LED点阵显示屏中图分类号： TP229 文献标识码：B Design and Implement of Elevator Caller Controller Based on CANbus Wu Lei，Xu Cui-qin，Quan Shu-hai Abstract:This article designed one kind of elevator caller controller based on CANbus , It is an important constituent of elevator . This controller uses in producing each floor the call to request the information and demonstrating elevator current movement situation. This system uses the present quite popular industry field bus CANbus to complete the communication between elevator caller controller and main controller, and proposed its software and hardware and the design method of communication protocol. Key words: PIC18F258; CANbus; LED Display Screen 1 引言目前电梯的生产情况和使用数量成为一个国家现代化程度的标志之一。电梯是机电一体的高层建筑的复杂运输设备。它涉及机械工程、电子技术、电力电子技术、电机与拖动理论、自动控制理论等多个科学领域。电梯呼梯控制器是电梯的一个重要组成部分 , 位于每一层楼电梯门的左边或者右边，是每一层楼的呼叫装置，用于给出每一楼层的呼叫请求信息，并显示电梯当前运行情况。乘客可以通过显示器、按键等了解到电梯运行的大量信息。本文采用 CAN总线技术设计呼梯控制器 ,各控制器之间只需一对双绞线以一定的网络拓扑结构连接即可,安装极为方便,且可靠性高。对于不同楼层数的控制系统只需在 CAN总线中加入相应数目的呼梯控制器即可 ,主控制器硬件软件不需做任何改动 ,使得电梯控制系统安装更加灵活和方便。 2 电梯呼梯控制器简介电梯呼梯控制器是电梯系统的呼叫部分，按照功能来说，呼梯控制器包括三大部分：电梯显示单元、呼叫接收单元和通信单元。（1）显示单元：呼梯显示单元是乘客与电梯之间人机交流的部分，它的作用是电梯门区等待电梯的乘客能够及时的了解电梯当前所在运行楼层，电梯当前运行方向以及当前本楼层的呼叫情况。本系统采用两个 8段发光 LED作为楼层显示器，采用两个带有上下箭头 LED作为电梯上下运行的方向显示器，呼梯控制器通过与主控进行通信，获取当前电梯情况并显示出来。（2）呼叫接收单元：当乘客需要乘坐电梯时，乘客需要通过每层楼中的呼梯面板上的两个呼叫按钮进行呼叫，给电梯控制系统发出上呼(需要到达当前楼层以上的地方的呼叫)和下呼(需要到达当前楼层以下的地方的呼叫)请求。呼梯控制器接收到呼叫请求后，经过处理，通过通信单元发送基金项目： 国家 863项目资助（项目编号2001AA501213 ）给主控制器。（3）通信单元：在传统的电梯控制系统中，呼梯和主控之间通信是采用点对点的通信方式，即 I/O直接控制方式，主控器通过 16根楼层显示线、 2根方向显示线、 2个呼叫登记等多根信号线直接与每一层楼的呼梯板进行直接连接，当电梯楼层增加时，使得系统连线异常复杂。因此，本系统采用 CAN总线完成呼梯与主控之间的通讯，大大简化了系统结构。 系统硬件设计电梯呼梯控制器采用 PIC18F258单片机作为核心，该单片机自带 CAN收发接口。外围电路由 CAN驱动模块、输入模块、显示模块及拨码开关、上按键、下按键和调试接口等组成。电梯呼梯控制器作为 CAN总线网络的一个节点,CAN驱动模块是呼梯控制器和物理总线间的接口,提供对 CAN总线的差动发送和接收功能；输入模块接收主控发出的上呼，下呼以及到站开门信号等,这些信息按照通信协议的要求,经过处理后装入邮箱再发送到 CAN总线上；显示单元包括按键灯显示、点阵显示和检修灯显示 3个部分,其中点阵显示还能实现楼层数和方向箭头的滚动效果。 3.1 CAN驱动模块 CAN (Control Area Network，控制局域网络 )最早是由德国 BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被 ISO国际标准组织制定为国际标准，广泛应用在离散控制系统。CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，但其模型结构只有 3层，即只取 OSI底层的物理层、数据链路层和最上层的应用层。其信号传输介质为双绞线。通信速率可达 1Mbps/40m，直接传输距离最远可达 l0km/kbps。可挂接设备最多为 110个。CAN属于一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，采用了许多新技术及独特的设计。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。 CAN收发器选用 PHILIPS公司的 PCA82C250，它是一种应用广泛的 CAN控制器与物理总线间的接口芯片，能够对总线的信息进行差动发送和接收。为提高系统的抗干扰能力，在 PCA 82C250和 PIC18F258之间增加了高速光隔 6N137。为了保证 CAN总线的稳定性， CAN驱动模块的电源采用 DC2405单独供电。 3.2显示单元呼梯控制器显示单元包括按键灯、楼层、方向箭头和检修灯的显示。传统的电梯都是用七段码来显示方向箭头和楼层数,本系统采用 57的 LED点阵显示屏来显示,并且可以让箭头和楼层数在电梯运行的时候进行滚动显示。PIC通过 TX口发送 4个 8位串行信号,发送顺序依次为箭头方向,十位楼层,个位楼层和行选中。将上一个串行转并行器件 74HC164的并行输出端 Q7与下一个 74HC164的串行输入端 A相连,构成 4个 74HC164的级连 ,最先发送的箭头方向信号就被传送到最后一个 74HC164上,后 3个 74HC164的输出端 Q0Q6分别连接 3个点阵的列地址 A1A7,第一个 74HC164的 Q0Q4通过单向驱动器件 MC1413连接 3个点阵的行地址 B1B5。点阵采用扫描的方式 ,软件中每隔 1ms输出一行,因此 5行只需要 5ms的时间,人眼不会感到闪烁 ;列信号每隔 50ms移一位 ,因此可以产生箭头和楼层数的滚动效果。当电梯出现故障时 ,单片机通过 I/O口输出高电平来点亮检修灯。点阵显示原理图如图 1所示。 3.3呼叫单元呼梯控制器中还包括拨码开关、上按键、下按键和调试接口。拨码开关用来设置该呼梯控制器所在楼层的楼层号，当电梯上行或下行时，主控制器将当前电梯所在的楼层号与乘客预期到达的楼层号相比，如果相同则电梯停止运行，如果不同则继续上行或下行，同时箭头向上或向下滚动。上、下按键是乘客发出呼叫的部分，呼梯接收到呼叫请求后，经过处理，通过通信部分发送给主控制器。调试接口是用来下载程序或仿真调试。仿真器选用贝能公司的 ICD2。图 1 LED点阵显示屏硬件原理图 4 系统软件设计 4.1 CAN通信软件设计本系统中 CAN模块工作于配置模式和正常工作模式。首先在配置模式下将控制和状态寄存器，波特率控制寄存器， I/0控制寄存器，中断标志和控制寄存器，接收掩码寄存器和接收滤波寄存器按照系统要求设定好，以保证 CAN总线畅通。此寄存器只能在配置模式下进行设定，设定完毕后进入正常工作模式。上位机和下位机都将各自的 CAN接收中断打开，等待 CAN总线传送来的数据。当发送呼梯信息时，CAN的 16位设置 CAN发送的格式、数据桢和位数据； 17位存放楼层号作为 ID号；18位设为 0；19和 20位存放上行信息，有上行信息就发送 2个字节 FFFFH,如果没有就发送 0000H；21和 22位存放下行信息。 CAN模块发送数据流程图如图 2所示。 4.2主程序设计软件要实现拨码开关的初始化设置、 CAN的初始化设置、读主控响应并接收从 CAN总线传来的信息、处理按键呼叫子程序、CAN发送以及点阵显示。程序主流程图如图 3所示。图 2 CAN模块发送数据流程图5 结束语本文以 PIC18F258为核心，设计了具有 CAN通讯接口的电梯呼梯控制器，经过近 1年的现场使用，表明该控制器具有良好的功能特性和极高的可靠性 ,现场抗干扰能力强，而且性能价格比较高。系统结构简单,安装方便,是未来电梯控制系统发展的趋势 ,目前已经成功地投入批量生产。本文作者创新点：将高效的工业现场总线 CAN总线引入电梯呼梯控制器并实现其与主控之间的通信，大大简化了系统结构并使得电梯控制系统安装更加灵活和方便。参考文献 1万健如，刘洪池，刘春江。基于 CAN总线电梯控制信号测控网络设计与实现。仪器仪表学报， 2003，24（4）： 434 437 2刘铁 , 房小翠。基于 CAN总线的电梯控制系统。北京工商大学学报(自然科学版)，2002，20（4）：2831 3严法高，陈虹，许慧。基于现场总线的电梯监控系统设计。微计算机信息，2005年第 21卷第 6期 85页作者简介：第一作者：吴蕾（1982），女，硕士研究生，武汉理工大学自动化学院，研究方向：控制理论与控制工程. E-mail： 第二作者：徐翠琴（1981），女，硕士研究生，武汉理工大学自动化学院，研究方向：检测技术及智能控制 第三作者：全书海，男，博士，博士生导师，武汉理工大学自动化学院副院长 图 3 程序主流程图 Author Brief Introduction: Wu Lei（1982）,Female, anpostgraduate student from School ofAutomation ，Wuhan University of Technology(WHUT) ,major in control theory and control engineering; XuCui-qin（1981）