CAN總線在電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

前言

隨著人們生活質(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(wěn)定運(yùn)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(xiàn)電梯故障并迅速維修就顯得相當(dāng)必要了。目前國內(nèi)的電梯服務(wù)水平大多仍局限于現(xiàn)場電梯出現(xiàn)了問題，通知維修中心，由維修中心派專人到現(xiàn)場勘查并排除故障。該情況存在的缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢，還需要現(xiàn)場派專人監(jiān)守。而電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為提高電梯維保并及時(shí)做出反應(yīng)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，但是，價(jià)位高是一項(xiàng)很高的阻礙，而且，他們的監(jiān)控系統(tǒng)只是針對自己的電梯開發(fā)，兼容性差?；谏鲜銮闆r，我們開發(fā)了能適合不同類型電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對于某個(gè)區(qū)域（一幢大樓，一群大樓，一個(gè)小區(qū)，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(yuǎn)程監(jiān)控、管理、數(shù)據(jù)維護(hù)、統(tǒng)計(jì)、分析、故障診斷及救援。其目的是對在用電梯進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)維護(hù)，遠(yuǎn)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(yùn)行性能及故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，并在分析的基礎(chǔ)之上選擇合理的派梯方案。

系統(tǒng)的組成

電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由3部分組成：數(shù)據(jù)采集卡，視頻監(jiān)控，監(jiān)控工作站組成，其總體方案結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)據(jù)采集卡（圖1中的CAN-232數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡）與電梯控制器中負(fù)責(zé)與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的電梯通訊卡通過CAN總線進(jìn)行連接，布線方式采用總線式。如果總線長超過100米，那么在總線末端應(yīng)該接120歐的抑制信號(hào)反射的終端電阻。這兩個(gè)120Ω的電阻，對匹配總線阻抗起著相當(dāng)重要的作用。忽略掉它們，會(huì)使數(shù)據(jù)通信的抗干擾性和可靠性大大降低，甚至無法通信，這一點(diǎn)在現(xiàn)場已經(jīng)得到了驗(yàn)證。數(shù)據(jù)采集卡通過RS232總線連接工作站的COM1口，與工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

圖1 系統(tǒng)的組成

攝像機(jī)安裝在監(jiān)控的電梯轎廂內(nèi)部，采集轎廂內(nèi)部的圖像。其視頻信號(hào)經(jīng)視頻線纜傳遞至視頻切換器。視頻切換器的切換由數(shù)據(jù)采集卡上的MCU控制其模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。MCU從工作站計(jì)算機(jī)的COM1口接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制命令，然后根據(jù)命令控制模擬開關(guān)從多路視頻信號(hào)中進(jìn)行選擇輸出。同時(shí)視頻切換器具有放大功能，延長視頻信號(hào)的傳輸距離，使工作站計(jì)算機(jī)獲得高質(zhì)量的圖像。切換器將選擇的視頻信號(hào)經(jīng)視頻線纜傳遞給視頻采集卡。視頻采集卡安裝在工作站計(jì)算機(jī)的PCI接口上，其主要作用是將攝像機(jī)的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)后傳遞給工作站計(jì)算機(jī)做進(jìn)一步處理及存儲(chǔ)。

工作站接收數(shù)據(jù)采集卡以及視頻采集卡發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示電梯運(yùn)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(bào)警方式，同時(shí)把各種有用信息存入數(shù)據(jù)庫。這樣，用戶能夠通過工作站掌握電梯的狀態(tài)信息和電梯轎廂內(nèi)的圖像信息，并能查詢電梯的檔案信息，電梯運(yùn)行的歷史事件庫，電梯曾經(jīng)發(fā)生過的故障信息，查詢電梯在歷史上某段時(shí)間內(nèi)的性能分析結(jié)果，打印報(bào)表等。

CAN總線介紹

數(shù)據(jù)傳輸通過CAN總線，CAN(Controller Area Network)總線是一種支持分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)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(dú)特的設(shè)計(jì)，已廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。其主要特點(diǎn)：(1)多主總線，各節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息；(2)采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，能滿足實(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(shù)據(jù)的功能；(4)CAN總線上每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個(gè)，并有CRC及其它校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低，萬一某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤，可自動(dòng)脫離總線，總線上的其它操作不受影響；(5)通信距離遠(yuǎn)達(dá)10km(5kb/s)，通信速率最高可達(dá)到1MB/s(40m)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目實(shí)際可達(dá)110個(gè)，通信介質(zhì)采用雙絞線，也可用光纖；（6）CAN總線只有兩根導(dǎo)線，系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)，直接將新節(jié)點(diǎn)掛接在總線上即可，系統(tǒng)易擴(kuò)充，改型靈活。因此，CAN總線成為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理想總線。

目前，廣泛流行的CAN總線器件有兩類：一類是獨(dú)立的CAN控制器，如SJA1000及Intel82526／82527等；另一類是帶有CAN的微控制器，如P8xC592及16位微控制器87C196CA/CB等。SJA1000是一種獨(dú)立控制器用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制CAN它是PHILIPS半導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)信息的接收和傳送
（2）接收FIFO64字節(jié)
（3）在標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展格式中都有單/雙接受過濾器含屏蔽和代碼寄存器
（4）讀/寫訪問的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器
（5）可編程的錯(cuò)誤限制報(bào)警
（6）最近一次的誤碼寄存器
（7）對每一個(gè)CAN總線錯(cuò)誤的錯(cuò)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(dāng)錯(cuò)誤或仲裁丟失時(shí)不重發(fā)
（10）只聽模式，CAN總線監(jiān)聽無應(yīng)答無錯(cuò)誤標(biāo)志
（11）支持熱插拔，無干擾軟件驅(qū)動(dòng)位速檢測
（12）硬件禁止CLKOUT輸出

數(shù)據(jù)傳輸及協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊

CAN-232轉(zhuǎn)換卡
這部分完成是數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)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(hào)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(shù)據(jù)幀，然后將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RS232格式的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳送模塊中進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將電梯狀態(tài)信號(hào)的格式轉(zhuǎn)換成符合工作站軟件協(xié)議要求的數(shù)據(jù)格式，從而使監(jiān)控軟件可以兼容不同類型的電梯。

下面具體介紹采集卡與電梯通訊卡以及工作站的通信。

轉(zhuǎn)換卡與通訊卡通信過程
CAN總線為多主方式工作，在總線上可掛接110多個(gè)節(jié)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(yīng)用中，考慮到監(jiān)控軟件的實(shí)時(shí)性，因此一部工作站監(jiān)控16部電梯，并為各部電梯賦予一個(gè)作為身份標(biāo)識(shí)的站號(hào)（分別設(shè)置各部電梯的電梯通訊卡上的撥碼開關(guān)為1-16）。上位機(jī)監(jiān)控軟件每隔40ms采集一部電梯的數(shù)據(jù)，它首先發(fā)送該電梯的站號(hào)給采集卡，然后等待接收數(shù)據(jù)。采集卡接收到上位機(jī)發(fā)送來的站號(hào)，就將該站號(hào)填充到CAN幀的第一字節(jié)，并把這個(gè)只有一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的CAN幀發(fā)送到總線上去，然后等待接收該電梯發(fā)送的數(shù)據(jù)。