基于CAN總線(xiàn)的電梯呼梯控制器的設計與實(shí)現

　　目前電梯的生產(chǎn)情況和使用數量成為一個(gè)國家現代化程度的標志之一。電梯是機電一體的高層建筑的復雜運輸設備。它涉及機械工程、電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機與拖動(dòng)理論、自動(dòng)控制理論等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。電梯呼梯控制器是電梯的一個(gè)重要組成部分,位于每一層樓電梯門(mén)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，并顯示電梯當前運行情況。乘客可以通過(guò)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(xiàn)技術(shù)設計呼梯控制器,各控制器之間只需一對雙絞線(xiàn)以一定的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構連接即可,安裝極為方便,且可靠性高。對于不同樓層數的控制系統只需在CAN總線(xiàn)中加入相應數目的呼梯控制器即可,主控制器硬件軟件不需做任何改動(dòng),使得電梯控制系統安裝更加靈活和方便。

2電梯呼梯控制器簡(jiǎn)介

　　電梯呼梯控制器是電梯系統的呼叫部分，按照功能來(lái)說(shuō)，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(mén)區等待電梯的乘客能夠及時(shí)的了解電梯當前所在運行樓層，電梯當前運行方向以及當前本樓層的呼叫情況。本系統采用兩個(gè)8段發(fā)光LED作為樓層顯示器，采用兩個(gè)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(guò)與主控進(jìn)行通信，獲取當前電梯情況并顯示出來(lái)。

　?。?）呼叫接收單元：

　　當乘客需要乘坐電梯時(shí)，乘客需要通過(guò)每層樓中的呼梯面板上的兩個(gè)呼叫按鈕進(jìn)行呼叫，給電梯控制系統發(fā)出上呼（需要到達當前樓層以上的地方的呼叫）和下呼（需要到達當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(guò)處理，通過(guò)通信單元發(fā)送給主控制器。

　?。?）通信單元：

　　在傳統的電梯控制系統中，呼梯和主控之間通信是采用點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，即I/O直接控制方式，主控器通過(guò)16根樓層顯示線(xiàn)、2根方向顯示線(xiàn)、2個(gè)呼叫登記等多根信號線(xiàn)直接與每一層樓的呼梯板進(jìn)行直接連接，當電梯樓層增加時(shí)，使得系統連線(xiàn)異常復雜。因此，本系統采用CAN總線(xiàn)完成呼梯與主控之間的通訊，大大簡(jiǎn)化了系統結構。

3系統硬件設計

　　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驅動(dòng)模塊、輸入模塊、顯示模塊及撥碼開(kāi)關(guān)、上按鍵、下按鍵和調試接口等組成。電梯呼梯控制器作為CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)節點(diǎn),CAN驅動(dòng)模塊是呼梯控制器和物理總線(xiàn)間的接口,提供對CAN總線(xiàn)的差動(dòng)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(kāi)門(mén)信號等,這些信息按照通信協(xié)議的要求,經(jīng)過(guò)處理后裝入郵箱再發(fā)送到CAN總線(xiàn)上;顯示單元包括按鍵燈顯示、點(diǎn)陣顯示和檢修燈顯示3個(gè)部分,其中點(diǎn)陣顯示還能實(shí)現樓層數和方向箭頭的滾動(dòng)效果。

　　3.1CAN驅動(dòng)模塊

　　CAN（ControlAreaNetwork，控制局域網(wǎng)絡(luò )）最早是由德國B(niǎo)OSCH公司推出，用于汽車(chē)內部測量與執行部件之間的數據通信。其總線(xiàn)規范現已被ISO國際標準組織制定為國際標準，廣泛應用在離散控制系統。CAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開(kāi)放系統互連模型基礎上的，但其模型結構只有3層，即只取OSI底層的物理層、數據鏈路層和最上層的應用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn)。通信速率可達1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達l0km/kbps?？蓲旖釉O備最多為110個(gè)。CAN屬于一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )，采用了許多新技術(shù)及獨特的設計。與一般的通信總線(xiàn)相比，CAN總線(xiàn)的數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。

　　CAN收發(fā)器選用PHILIPS公司的PCA82C250，它是一種應用廣泛的CAN控制器與物理總線(xiàn)間的接口芯片，能夠對總線(xiàn)的信息進(jìn)行差動(dòng)發(fā)送和接收。為提高系統的抗干擾能力，在PCA82C250和PIC18F258之間增加了高速光隔6N137。為了保證CAN總線(xiàn)的穩定性，CAN驅動(dòng)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。傳統的電梯都是用七段碼來(lái)顯示方向箭頭和樓層數,本系統采用5×7的LED點(diǎn)陣顯示屏來(lái)顯示,并且可以讓箭頭和樓層數在電梯運行的時(shí)候進(jìn)行滾動(dòng)顯示。PIC通過(guò)TX口發(fā)送4個(gè)8位串行信號,發(fā)送順序依次為箭頭方向,十位樓層,個(gè)位樓層和行選中。將上一個(gè)串行轉并行器件74HC164的并行輸出端Q7與下一個(gè)74HC164的串行輸入端A相連,構成4個(gè)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(gè)74HC164上,后3個(gè)74HC164的輸出端Q0～Q6分別連接3個(gè)點(diǎn)陣的列地址A1～A7,第一個(gè)74HC164的Q0～Q4通過(guò)單向驅動(dòng)器件MC1413連接3個(gè)點(diǎn)陣的行地址B1～B5。點(diǎn)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(shí)間,人眼不會(huì )感到閃爍;列信號每隔50ms移一位,因此可以產(chǎn)生箭頭和樓層數的滾動(dòng)效果。當電梯出現故障時(shí),單片機通過(guò)I/O口輸出高電平來(lái)點(diǎn)亮檢修燈。點(diǎn)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(kāi)關(guān)、上按鍵、下按鍵和調試接口。撥碼開(kāi)關(guān)用來(lái)設置該呼梯控制器所在樓層的樓層號，當電梯上行或下行時(shí)，主控制器將當前電梯所在的樓層號與乘客預期到達的樓層號相比，如果相同則電梯停止運行，如果不同則繼續上行或下行，同時(shí)箭頭向上或向下滾動(dòng)。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(guò)處理，通過(guò)通信部分發(fā)送給主控制器。調試接口是用來(lái)下載程序或仿真調試。仿真器選用貝能公司的ICD2。