基于CAN總線的電梯外呼系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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(nèi)部一種重要的交通工具，其應(yīng)用規(guī)模日益擴(kuò)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(jiǎn)稱電梯外呼板)的應(yīng)用也隨之劇增。

　　電梯外呼板應(yīng)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(dá)給電梯主板，電梯主板接收信息并執(zhí)行相應(yīng)的操作。同時(shí)，電梯主板將電梯的實(shí)時(shí)運(yùn)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(jī)具有高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價(jià)位的特點(diǎn)，本系統(tǒng)選用了高檔ATmega列AVR單片機(jī)ATmegal6。它具有先進(jìn)的RI- SC結(jié)構(gòu)，具有16 kB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，512 B的EEPROM，1 kB的片內(nèi)SRAM。同時(shí)，芯片具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，通過改變?nèi)劢z位可以設(shè)置片內(nèi)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(shè)計(jì)。

　　1 電梯外呼板系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　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(gòu)成，如圖1所示。

　　1.1 CAN通信模塊

　　1.1.1 CAN的技術(shù)特點(diǎn)

　　CAN是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，具有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層等3層協(xié)議，其通信速率可達(dá)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(duì)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(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等多項(xiàng)工作。它具有以下特點(diǎn)：

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

　　2)采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)2個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)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(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短;

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

　　5)節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一對(duì)多及廣播集中方式傳送和接收數(shù)據(jù)。

　　基于以上特點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中將電梯主板節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)設(shè)為最高，而其他電梯外呼板的優(yōu)先級(jí)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(yùn)行的信息)，也可以發(fā)送點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息(例如針對(duì)某層的指示燈控制信息)。

　　1.1.2 CAN的硬件實(shí)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(shí)現(xiàn)與MCU的通信，但為了具有更好的實(shí)時(shí)性，一般采用中斷方式與MCU進(jìn)行通信，因此還需要一個(gè)中斷信號(hào)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(jìn)一步提高CAN總線節(jié)點(diǎn)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。

　　1.1.3 CAN的報(bào)文格式

　　在總線中傳送的報(bào)文，每幀由7部分組成。CAN協(xié)議支持2種報(bào)文格式，其唯一不同是標(biāo)識(shí)符(ID)長(zhǎng)度不同，標(biāo)準(zhǔn)格式為11位，擴(kuò)展格式為29位。本設(shè)計(jì)中使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、應(yīng)答域和幀結(jié)尾等7種位域組成，如圖3所示。

　　其中數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度為0～8個(gè)字節(jié)。仲裁域由標(biāo)識(shí)符和RTR組成，在標(biāo)準(zhǔn)格式中，標(biāo)識(shí)符為11位。在本例通信協(xié)議的制定中，標(biāo)志位的前4位用作通信的類型碼，后7位用作CAN節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)。數(shù)據(jù)域則用來存儲(chǔ)通信的具體內(nèi)容信息，例如電梯所在的樓層，運(yùn)動(dòng)方向等。

　　1.2 LED顯示模塊

　　本模塊由3片8x8 LED顯示屏以及以單片機(jī)為核心的驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。LED顯示屏由LED點(diǎn)陣顯示器P2158構(gòu)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(qū)動(dòng)，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的脈沖信號(hào)，反復(fù)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(jī)為核心的驅(qū)動(dòng)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(diǎn)陣LED顯示屏上顯示相應(yīng)的信息?？刂菩盘?hào)由MCU發(fā)出，經(jīng)過緩沖器74F244后分成2路，一路經(jīng)過移位寄存器74S164，串行轉(zhuǎn)并行后來驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣的行;另一路經(jīng)過鎖存器68595，串行轉(zhuǎn)并行后驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣的列。LED點(diǎn)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(kù)提供。LED顯示每20 ms顯示一次，故顯示頻率為50 Hz，符合人眼的閃爍特性。

　　2 電梯外呼板軟件設(shè)計(jì)

　　電梯外呼板軟件設(shè)計(jì)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(shí)存入緩存區(qū)，經(jīng)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(chǔ)器中取出相應(yīng)的數(shù)據(jù)存到一個(gè)顯示緩存區(qū)進(jìn)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(hào)輸入，相應(yīng)指示燈亮，同時(shí)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(nèi)容包含召喚信息。通信的方式建立握手應(yīng)答機(jī)制。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　本系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)，使用CAN總線通信，通信安全可靠，實(shí)時(shí)性好，主要用在電梯系統(tǒng)中的外呼召喚顯示，同時(shí)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(yīng)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行期間安全可靠，增加和刪除節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單方便。