基于CAN總線的電梯呼梯控制器的設計與實現(xiàn)

　　目前電梯的生產情況和使用數(shù)量成為一個國家現(xiàn)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、電力電子技術、電機與拖動理論、自動控制理論等多個科學領域。電梯呼梯控制器是電梯的一個重要組成部分,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求信息，并顯示電梯當前運行情況。乘客可以通過顯示器、按鍵等了解到電梯運行的大量信息。本文采用CAN總線技術設計呼梯控制器,各控制器之間只需一對雙絞線以一定的網(wǎng)絡拓撲結構連接即可,安裝極為方便,且可靠性高。對于不同樓層數(shù)的控制系統(tǒng)只需在CAN總線中加入相應數(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,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(tǒng)采用兩個8段發(fā)光LED作為樓層顯示器，采用兩個帶有上下箭頭LED作為電梯上下運行的方向顯示器，呼梯控制器通過與主控進行通信，獲取當前電梯情況并顯示出來。

　?。?）呼叫接收單元：

　　當乘客需要乘坐電梯時，乘客需要通過每層樓中的呼梯面板上的兩個呼叫按鈕進行呼叫，給電梯控制系統(tǒng)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，經過處理，通過通信單元發(fā)送給主控制器。

　　（3）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對點的通信方式，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個呼叫登記等多根信號線直接與每一層樓的呼梯板進行直接連接，當電梯樓層增加時，使得系統(tǒng)連線異常復雜。因此，本系統(tǒng)采用CAN總線完成呼梯與主控之間的通訊，大大簡化了系統(tǒng)結構。

3系統(tǒng)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驅動模塊、輸入模塊、顯示模塊及撥碼開關、上按鍵、下按鍵和調試接口等組成。電梯呼梯控制器作為CAN總線網(wǎng)絡的一個節(jié)點,CAN驅動模塊是呼梯控制器和物理總線間的接口,提供對CAN總線的差動發(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等,這些信息按照通信協(xié)議的要求,經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、點陣顯示和檢修燈顯示3個部分,其中點陣顯示還能實現(xiàn)樓層數(shù)和方向箭頭的滾動效果。

　　3.1CAN驅動模塊

　　CAN（ControlAreaNetwork，控制局域網(wǎng)絡）最早是由德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標準組織制定為國際標準，廣泛應用在離散控制系統(tǒng)。CAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)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(shù)據(jù)鏈路層和最上層的應用層。其信號傳輸介質為雙絞線。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。CAN屬于一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡，采用了許多新技術及獨特的設計。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、實時性和靈活性。

　　CAN收發(fā)器選用PHILIPS公司的PCA82C250，它是一種應用廣泛的CAN控制器與物理總線間的接口芯片，能夠對總線的信息進行差動發(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驅動模塊的電源采用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(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點陣顯示屏來顯示,并且可以讓箭頭和樓層數(shù)在電梯運行的時候進行滾動顯示。PIC通過TX口發(fā)送4個8位串行信號,發(fā)送順序依次為箭頭方向,十位樓層,個位樓層和行選中。將上一個串行轉并行器件74HC164的并行輸出端Q7與下一個74HC164的串行輸入端A相連,構成4個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74HC164上,后3個74HC164的輸出端Q0～Q6分別連接3個點陣的列地址A1～A7,第一個74HC164的Q0～Q4通過單向驅動器件MC1413連接3個點陣的行地址B1～B5。點陣采用掃描的方式,軟件中每隔1ms輸出一行,因此5行只需要5ms的時間,人眼不會感到閃爍;列信號每隔50ms移一位,因此可以產生箭頭和樓層數(shù)的滾動效果。當電梯出現(xiàn)故障時,單片機通過I/O口輸出高電平來點亮檢修燈。點陣顯示原理圖如圖1所示。

　　3.3呼叫單元

　　呼梯控制器中還包括撥碼開關、上按鍵、下按鍵和調試接口。撥碼開關用來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，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(xù)上行或下行，同時箭頭向上或向下滾動。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，經過處理，通過通信部分發(fā)送給主控制器。調試接口是用來下載程序或仿真調試。仿真器選用貝能公司的ICD2。