AVR單片機電梯外呼板系統(tǒng)設計

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，科學技術的進步，出現(xiàn)了眾多高層建筑和智能建筑。電梯，作為高層建筑內部一種重要的交通工具，其應用規(guī)模日益擴大。而作為電梯系統(tǒng)中必不可少的一部分，電梯召喚顯示板（簡稱電梯外呼板）的應用也隨之劇增。

電梯外呼板應用于每層樓的電梯門外，供乘客及電梯維保人員使用。電梯外呼板將乘客及維保人員的需求信息通過CAN總線傳達給電梯主板，電梯主板接收信息并執(zhí)行相應的操作。同時，電梯主板將電梯的實時運行信息通過CAN總線傳遞給電梯外呼板，通過外呼板LED顯示出來，供乘客參閱。

AVR單片機具有高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位的特點，本系統(tǒng)選用了高檔ATmega列AVR單片機ATmegal6。它具有先進的RI-SC結構，具有16 kB的系統(tǒng)內可編程Flash，512 B的EEPROM，1 kB的片內SRAM。同時，芯片具有獨立片內振蕩器的可編程看門狗定時器，通過改變熔絲位可以設置片內晶振的振蕩周期，這樣可以省去外圍的看門狗電路和晶振電路的設計。

1 電梯外呼板系統(tǒng)硬件結構

電梯外呼板的硬件電路主要由乘客按鍵模塊、指示燈控制模塊、LED模塊、CAN通信電路以及電源模塊構成，如圖1所示。

1.1 CAN通信模塊

1.1.1 CAN的技術特點

CAN是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，具有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層等3層協(xié)議，其通信速率可達1 Mb/s。CAN總線專用接口芯片中以固件形式集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層2層功能，完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等多項工作。它具有以下特點：

1）廢除傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，可以多主方式工作;

2）采用非破壞性仲裁技術，當2個節(jié)點同時向網絡上傳送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突;

3）采用短幀結構，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短;

4）每幀數(shù)據(jù)都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃裕m于在高干擾環(huán)境下使用;

5）節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，切斷其與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響;

6）可以點對點，一對多及廣播集中方式傳送和接收數(shù)據(jù)。

基于以上特點，在本設計中將電梯主板節(jié)點的優(yōu)先級設為最高，而其他電梯外呼板的優(yōu)先級次之，電梯主板可以接收任何電梯外呼板的數(shù)據(jù)，而電梯外呼板只能接收電梯主板的數(shù)據(jù)。電梯主板可以發(fā)送廣播信息（例如樓層運行的信息），也可以發(fā)送點對點信息（例如針對某層的指示燈控制信息）。

1.1.2 CAN的硬件實現(xiàn)

CAN控制器采用MICroChip公司的MCP2510，該器件使用SPI接口與MCU通信。只需4條總線就可以實現(xiàn)與MCU的通信，但為了具有更好的實時性，一般采用中斷方式與MCU進行通信，因此還需要一個中斷信號總線

用來通知MCU接收從CAN總線上發(fā)來的數(shù)據(jù)。CAN的接口器件采用TJ-Al050，該器件是CAN控制器與物理總線之間的接口器件。

在CAN模塊電路中，如圖2所示，ATmegal6的SS，MOSI，MISO，SCK，INT分別與MCP2510的

，SI，SO，SCK，

相連接。為了進一步提高CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，MCP2510的TXCAN和RXCAN通過光耦6N137分別與TJAl050的TXD和RXD相連接。

1.1.3CAN的報文格式

在總線中傳送的報文，每幀由7部分組成。CAN協(xié)議支持2種報文格式，其唯一不同是標識符（ID）長度不同，標準格式為11位，擴展格式為29位。本設計中使用標準數(shù)據(jù)幀，由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、應答域和幀結尾等7種位域組成，如圖3所示。

其中數(shù)據(jù)域的長度為0～8個字節(jié)。仲裁域由標識符和RTR組成，在標準格式中，標識符為11位。在本例通信協(xié)議的制定中，標志位的前4位用作通信的類型碼，后7位用作CAN節(jié)點的ID號。數(shù)據(jù)域則用來存儲通信的具體內容信息，例如電梯所在的樓層，運動方向等。

1.2LED顯示模塊

本模塊由3片8x8 LED顯示屏以及以單片機為核心的驅動電路構成。LED顯示屏由LED點陣顯示器P2158構成。它是以發(fā)光二極管為像素，按照行與列的順序排列而成的顯示器件，采用逐行（或逐列）掃描方式工作，由峰值較大的窄脈沖驅動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的脈沖信號，反復循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。以AVR高速單片機為核心的驅動電路如圖4所示。

LED顯示功能采用逐行掃描的方法，在3片8×8點陣LED顯示屏上顯示相應的信息?？刂菩盘栍蒑CU發(fā)出，經過緩沖器74F244后分成2路，一路經過移位寄存器74S164，串行轉并行后來驅動LED點陣的行;另一路經過鎖存器68595，串行轉并行后驅動LED點陣的列。LED點陣顯示采用逐行掃描，每行顯示取模方式為從右到左，字節(jié)正序輸出。其中，鎖存器的輸入數(shù)據(jù)由軟件中的字庫提供。LED顯示每20 ms顯示一次，故顯示頻率為50Hz，符合人眼的閃爍特性。

2 電梯外呼板軟件設計

電梯外呼板軟件設計流程如圖5所示。電梯外呼板通過CAN總線接收電梯主板的數(shù)據(jù)幀，并將數(shù)據(jù)幀暫時存入緩存區(qū)，經過分析處理后按一定的方式保存起來。然后根據(jù)數(shù)據(jù)幀要顯示的方式，從數(shù)據(jù)存儲器中取出相應的數(shù)據(jù)存到一個顯示緩存區(qū)進行顯示，采用逐行掃描方式顯示。電梯外呼板上如果有召喚信號輸入，相應指示燈亮，同時電梯外呼板上通過CAN總線向電梯主板發(fā)送數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀內容包含召喚信息。通信的方式建立握手應答機制。

3 結束語

本系統(tǒng)采用AVR單片機，使用CAN總線通信，通信安全可靠，實時性好，主要用在電梯系統(tǒng)中的外呼召喚顯示，同時也可以用在電梯轎廂中用于樓層信息的顯示。將其接入電梯仿真系統(tǒng)中，本系統(tǒng)能夠快速響應，長時間運行期間安全可靠，增加和刪除節(jié)點簡單方便。