基于CAN總線的電梯呼梯控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　目前電梯的生產(chǎn)情況和使用數(shù)量成為一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。電梯是機(jī)電一體的高層建筑的復(fù)雜運(yùn)輸設(shè)備。它涉及機(jī)械工程、電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)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(qǐng)求信息，并顯示電梯當(dāng)前運(yùn)行情況。乘客可以通過顯示器、按鍵等了解到電梯運(yùn)行的大量信息。本文采用CAN總線技術(shù)設(shè)計(jì)呼梯控制器,各控制器之間只需一對(duì)雙絞線以一定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接即可,安裝極為方便,且可靠性高。對(duì)于不同樓層數(shù)的控制系統(tǒng)只需在CAN總線中加入相應(yīng)數(shù)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(tǒng)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(tǒng)的呼叫部分，按照功能來說，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(jī)交流的部分，它的作用是電梯門區(qū)等待電梯的乘客能夠及時(shí)的了解電梯當(dāng)前所在運(yùn)行樓層，電梯當(dāng)前運(yùn)行方向以及當(dāng)前本樓層的呼叫情況。本系統(tǒng)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(yùn)行的方向顯示器，呼梯控制器通過與主控進(jìn)行通信，獲取當(dāng)前電梯情況并顯示出來。

　?。?）呼叫接收單元：

　　當(dāng)乘客需要乘坐電梯時(shí)，乘客需要通過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(tǒng)發(fā)出上呼（需要到達(dá)當(dāng)前樓層以上的地方的呼叫）和下呼（需要到達(dá)當(dāng)前樓層以下的地方的呼叫）請(qǐng)求。呼梯控制器接收到呼叫請(qǐng)求后，經(jīng)過處理，通過通信單元發(fā)送給主控制器。

　?。?）通信單元：

　　在傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)中，呼梯和主控之間通信是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，即I/O直接控制方式，主控器通過16根樓層顯示線、2根方向顯示線、2個(gè)呼叫登記等多根信號(hào)線直接與每一層樓的呼梯板進(jìn)行直接連接，當(dāng)電梯樓層增加時(shí)，使得系統(tǒng)連線異常復(fù)雜。因此，本系統(tǒng)采用CAN總線完成呼梯與主控之間的通訊，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　電梯呼梯控制器采用PIC18F258單片機(jī)作為核心，該單片機(jī)自帶CAN收發(fā)接口。外圍電路由CAN驅(qū)動(dòng)模塊、輸入模塊、顯示模塊及撥碼開關(guān)、上按鍵、下按鍵和調(diào)試接口等組成。電梯呼梯控制器作為CAN總線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn),CAN驅(qū)動(dòng)模塊是呼梯控制器和物理總線間的接口,提供對(duì)CAN總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能;輸入模塊接收主控發(fā)出的上呼，下呼以及到站開門信號(hào)等,這些信息按照通信協(xié)議的要求,經(jīng)過處理后裝入郵箱再發(fā)送到CAN總線上;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(xiàn)樓層數(shù)和方向箭頭的滾動(dòng)效果。

　　3.1CAN驅(qū)動(dòng)模塊

　　CAN（ControlAreaNetwork，控制局域網(wǎng)絡(luò)）最早是由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用在離散控制系統(tǒng)。CAN協(xié)議也是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，但其模型結(jié)構(gòu)只有3層，即只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和最上層的應(yīng)用層。其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線。通信速率可達(dá)1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)l0km/kbps?？蓲旖釉O(shè)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(dú)特的設(shè)計(jì)。與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)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(yīng)用廣泛的CAN控制器與物理總線間的接口芯片，能夠?qū)偩€的信息進(jìn)行差動(dòng)發(fā)送和接收。為提高系統(tǒng)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總線的穩(wěn)定性，CAN驅(qū)動(dòng)模塊的電源采用DC2405單獨(dú)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(tǒng)的電梯都是用七段碼來顯示方向箭頭和樓層數(shù),本系統(tǒng)采用5×7的LED點(diǎn)陣顯示屏來顯示,并且可以讓箭頭和樓層數(shù)在電梯運(yùn)行的時(shí)候進(jìn)行滾動(dòng)顯示。PIC通過TX口發(fā)送4個(gè)8位串行信號(hào),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(zhuǎn)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(gòu)成4個(gè)74HC164的級(jí)連,最先發(fā)送的箭頭方向信號(hào)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通過單向驅(qū)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(hào)每隔50ms移一位,因此可以產(chǎn)生箭頭和樓層數(shù)的滾動(dòng)效果。當(dāng)電梯出現(xiàn)故障時(shí),單片機(jī)通過I/O口輸出高電平來點(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關(guān)、上按鍵、下按鍵和調(diào)試接口。撥碼開關(guān)用來設(shè)置該呼梯控制器所在樓層的樓層號(hào)，當(dāng)電梯上行或下行時(shí)，主控制器將當(dāng)前電梯所在的樓層號(hào)與乘客預(yù)期到達(dá)的樓層號(hào)相比，如果相同則電梯停止運(yùn)行，如果不同則繼續(xù)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(qǐng)求后，經(jīng)過處理，通過通信部分發(fā)送給主控制器。調(diào)試接口是用來下載程序或仿真調(diào)試。仿真器選用貝能公司的ICD2。