CAN總線(xiàn)在電梯遠程監控系統中的應用

前言

隨著(zhù)人們生活質(zhì)量的提高，智能大樓成為一種趨勢。而在智能大樓中，電梯的安全穩定運行，是至關(guān)重要的。但是限制于資金與技術(shù)的力量，這一點(diǎn)很難保證。因此，對于及時(shí)發(fā)現電梯故障并迅速維修就顯得相當必要了。目前國內的電梯服務(wù)水平大多仍局限于現場(chǎng)電梯出現了問(wèn)題，通知維修中心，由維修中心派專(zhuān)人到現場(chǎng)勘查并排除故障。該情況存在的缺點(diǎn)是響應速度慢，還需要現場(chǎng)派專(zhuān)人監守。而電梯遠程監控系統為提高電梯維保并及時(shí)做出反應提供了有力工具。

目前國外的大型電梯企業(yè)都有了成熟的電梯遠程監控系統，但是，價(jià)位高是一項很高的阻礙，而且，他們的監控系統只是針對自己的電梯開(kāi)發(fā)，兼容性差?；谏鲜銮闆r，我們開(kāi)發(fā)了能適合不同類(lèi)型電梯的遠程監控系統，對于某個(gè)區域（一幢大樓，一群大樓，一個(gè)小區，一個(gè)城市，一個(gè)國家等）中安裝多部電梯，對這些電梯進(jìn)行集中遠程監控、管理、數據維護、統計、分析、故障診斷及救援。其目的是對在用電梯進(jìn)行遠程數據維護，遠程故障診斷及處理，故障的早期診斷與早期排除，以及對電梯的運行性能及故障情況進(jìn)行統計與分析，并在分析的基礎之上選擇合理的派梯方案。

系統的組成

電梯遠程監控系統由3部分組成：數據采集卡，視頻監控，監控工作站組成，其總體方案結構如圖1所示。數據采集卡（圖1中的CAN-232數據轉換卡）與電梯控制器中負責與監控系統進(jìn)行數據交換的電梯通訊卡通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行連接，布線(xiàn)方式采用總線(xiàn)式。如果總線(xiàn)長(cháng)超過(guò)100米，那么在總線(xiàn)末端應該接120歐的抑制信號反射的終端電阻。這兩個(gè)120Ω的電阻，對匹配總線(xiàn)阻抗起著(zhù)相當重要的作用。忽略掉它們，會(huì )使數據通信的抗干擾性和可靠性大大降低，甚至無(wú)法通信，這一點(diǎn)在現場(chǎng)已經(jīng)得到了驗證。數據采集卡通過(guò)RS232總線(xiàn)連接工作站的COM1口，與工作站進(jìn)行數據通信。

圖1 系統的組成

攝像機安裝在監控的電梯轎廂內部，采集轎廂內部的圖像。其視頻信號經(jīng)視頻線(xiàn)纜傳遞至視頻切換器。視頻切換器的切換由數據采集卡上的MCU控制其模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現。MCU從工作站計算機的COM1口接收計算機發(fā)出的控制命令，然后根據命令控制模擬開(kāi)關(guān)從多路視頻信號中進(jìn)行選擇輸出。同時(shí)視頻切換器具有放大功能，延長(cháng)視頻信號的傳輸距離，使工作站計算機獲得高質(zhì)量的圖像。切換器將選擇的視頻信號經(jīng)視頻線(xiàn)纜傳遞給視頻采集卡。視頻采集卡安裝在工作站計算機的PCI接口上，其主要作用是將攝像機的模擬視頻信號轉換為數字視頻信號后傳遞給工作站計算機做進(jìn)一步處理及存儲。

工作站接收數據采集卡以及視頻采集卡發(fā)送來(lái)的數據進(jìn)行處理并顯示電梯運行的狀態(tài)以及轎廂中的圖像，并在電梯發(fā)生故障時(shí)提供多種報警方式，同時(shí)把各種有用信息存入數據庫。這樣，用戶(hù)能夠通過(guò)工作站掌握電梯的狀態(tài)信息和電梯轎廂內的圖像信息，并能查詢(xún)電梯的檔案信息，電梯運行的歷史事件庫，電梯曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障信息，查詢(xún)電梯在歷史上某段時(shí)間內的性能分析結果，打印報表等。

CAN總線(xiàn)介紹

數據傳輸通過(guò)CAN總線(xiàn)，CAN(Controller Area Network)總線(xiàn)是一種支持分布式實(shí)時(shí)控制系統的串行通信的局域網(wǎng)絡(luò )。由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性好及其獨特的設計，已廣泛應用于控制系統中的各檢測和執行機構之間的數據通信。其主要特點(diǎn)：(1)多主總線(xiàn)，各節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò )上的其它節點(diǎn)發(fā)送信息；(2)采用獨特的非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節點(diǎn)優(yōu)先傳送數據，能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求；(3)具有點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播傳送數據的功能；(4)CAN總線(xiàn)上每幀有效字節數最多為8個(gè)，并有CRC及其它校驗措施，數據出錯率極低，萬(wàn)一某一節點(diǎn)出現嚴重錯誤，可自動(dòng)脫離總線(xiàn)，總線(xiàn)上的其它操作不受影響；(5)通信距離遠達10km(5kb/s)，通信速率最高可達到1MB/s(40m)，節點(diǎn)數目實(shí)際可達110個(gè)，通信介質(zhì)采用雙絞線(xiàn)，也可用光纖；（6）CAN總線(xiàn)只有兩根導線(xiàn)，系統擴充時(shí)，直接將新節點(diǎn)掛接在總線(xiàn)上即可，系統易擴充，改型靈活。因此，CAN總線(xiàn)成為分布式計算機控制系統的理想總線(xiàn)。

目前，廣泛流行的CAN總線(xiàn)器件有兩類(lèi)：一類(lèi)是獨立的CAN控制器，如SJA1000及Intel82526／82527等；另一類(lèi)是帶有CAN的微控制器，如P8xC592及16位微控制器87C196CA/CB等。SJA1000是一種獨立控制器用于移動(dòng)目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區域網(wǎng)絡(luò )控制CAN它是PHILIPS半導體PCA82C200CAN控制器BasicCAN的替代產(chǎn)品而且它增加了一種新的工作模式PeliCAN，這種模式支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議。SJA1000的主要新功能

（1）標準結構和擴展結構信息的接收和傳送
（2）接收FIFO64字節
（3）在標準和擴展格式中都有單/雙接受過(guò)濾器含屏蔽和代碼寄存器
（4）讀/寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)的錯誤計數器
（5）可編程的錯誤限制報警
（6）最近一次的誤碼寄存器
（7）對每一個(gè)CAN總線(xiàn)錯誤的錯誤中斷
（8）由功能位定義的仲裁丟失中斷
（9）一次性發(fā)送當錯誤或仲裁丟失時(shí)不重發(fā)
（10）只聽(tīng)模式，CAN總線(xiàn)監聽(tīng)無(wú)應答無(wú)錯誤標志
（11）支持熱插拔，無(wú)干擾軟件驅動(dòng)位速檢測
（12）硬件禁止CLKOUT輸出

數據傳輸及協(xié)議轉換模塊

CAN-232轉換卡
這部分完成是數據采集、協(xié)議轉換、故障判斷、與工作站通訊以及控制視頻切換的功能。其中，CAN控制器選擇的是PHILIPS公司的SJA1000，收發(fā)器選用的是PAC82C250。信號隔離采用的是高速光電耦合器6N137。它接收電梯通訊卡發(fā)出的符合CAN協(xié)議格式的電梯狀態(tài)數據幀，然后將其轉換成標準的RS232格式的數據流傳送給工作站。由于各種電梯控制器的通訊協(xié)議不同，所以需要在數據傳送模塊中進(jìn)行協(xié)議轉換，將電梯狀態(tài)信號的格式轉換成符合工作站軟件協(xié)議要求的數據格式，從而使監控軟件可以兼容不同類(lèi)型的電梯。

下面具體介紹采集卡與電梯通訊卡以及工作站的通信。

轉換卡與通訊卡通信過(guò)程
CAN總線(xiàn)為多主方式工作，在總線(xiàn)上可掛接110多個(gè)節點(diǎn)。因此，一塊采集卡可以連接最多110多部電梯的通訊卡。但在實(shí)際應用中，考慮到監控軟件的實(shí)時(shí)性，因此一部工作站監控16部電梯，并為各部電梯賦予一個(gè)作為身份標識的站號（分別設置各部電梯的電梯通訊卡上的撥碼開(kāi)關(guān)為1-16）。上位機監控軟件每隔40ms采集一部電梯的數據，它首先發(fā)送該電梯的站號給采集卡，然后等待接收數據。采集卡接收到上位機發(fā)送來(lái)的站號，就將該站號填充到CAN幀的第一字節，并把這個(gè)只有一個(gè)數據字節的CAN幀發(fā)送到總線(xiàn)上去，然后等待接收該電梯發(fā)送的數據。