基于CAN總線的電梯主控系統(tǒng)

圖4 光耦輸入電路。

當(dāng)然部分的對(duì)實(shí)時(shí)信號(hào)要求不是特別高的輸入信號(hào)如消防、鎖梯、直駛、滿載、超載等，可以通過(guò)轎廂板或者外召板以同樣的方式采集，然后通過(guò)CAN 總線傳遞給主控制系統(tǒng)。

2.4 繼電器輸出電路

在電梯的輸出模塊中，為了減小外部電路對(duì)微控制器系統(tǒng)的影響，采用了以2803 驅(qū)動(dòng)繼電器的開關(guān)量輸出形式。如主輸出、開/關(guān)門輸出、抱閘輸出、蜂鳴器、到站鐘、電源管理、鎖梯輔助、消防基站、超載指示、上行/下行指示。對(duì)于電梯中輸出信號(hào)，與輸入信號(hào)類似可以通過(guò)CAN 總線把信號(hào)傳遞給轎廂板或者外召板，然后采用以相同繼電器輸出形式輸出。

2.5 其他模塊

電源模塊：采用24V 供電， 經(jīng)LM2576 和AS1117-3.3 產(chǎn)生 5V 與3.3V 電壓，用于系統(tǒng)的不同模塊。復(fù)位模塊：為使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的，主控系統(tǒng)采用的是MAX708,其是具有比較器、手動(dòng)復(fù)位輸入、兩組電平輸出的微控制器芯片。液晶顯示與按鍵模塊：采用經(jīng)典的四按鍵與12864點(diǎn)陣液晶的設(shè)計(jì)，能夠?qū)︼@示菜單比較合理的操作，在系統(tǒng)中用GPIO 控制。存儲(chǔ)模塊：主要用來(lái)保存用戶參數(shù)的和系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)(比如用戶密碼、操作員管理密碼、從變頻器采集到的脈沖數(shù)等)。存儲(chǔ)芯片選用了基于鐵電技術(shù)的64K 位非易失性鐵電存儲(chǔ)器FM24CL64,與微控制器采用的是標(biāo)準(zhǔn)兩線I2C 的接口，這樣能夠較好地與LPC2294 連接。

圖5 繼電器輸出電路。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用了當(dāng)前主流的keil 集成開發(fā)環(huán)境。軟件設(shè)計(jì)以搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS 為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)[5]了電梯主控系統(tǒng)的調(diào)度分配、CAN通信、液晶顯示三個(gè)任務(wù)，如圖6 所示。

圖6 系統(tǒng)控制通信圖。

任務(wù)之間通信以消息隊(duì)列和郵箱方式進(jìn)行通信。

在與硬件接口上根據(jù)LPC2294 芯片手冊(cè)和應(yīng)用的需要，完成了CAN 模塊的驅(qū)動(dòng)、I2C 的總線模塊的驅(qū)動(dòng)、和GPIO 的模式的按鍵和12864 點(diǎn)陣液晶驅(qū)動(dòng)，這樣使得在μC/OS 的任務(wù)中無(wú)需關(guān)注LPC2294 芯片板上資源的具體使用，而只需要調(diào)用相應(yīng)的接口函數(shù)，方便了系統(tǒng)軟件的升級(jí)和改動(dòng)。

3.1 主控調(diào)度任務(wù)

在主控調(diào)度任務(wù)中完成當(dāng)前梯呼梯信號(hào)的整合，然后再根據(jù)當(dāng)前收集到的群控正常等輸入信號(hào)判斷當(dāng)前梯的運(yùn)行狀態(tài)(如自動(dòng)狀態(tài)、消防狀態(tài)、鎖梯狀態(tài)等)，做出當(dāng)前狀態(tài)的處理;在電梯處在可調(diào)度的狀態(tài)下，根據(jù)相應(yīng)的調(diào)度算法完成對(duì)電梯的呼梯的合理配置;并通過(guò)消息隊(duì)列和郵箱與CAN 通信任務(wù)、液晶顯示任務(wù)進(jìn)行任務(wù)間通信，完成數(shù)據(jù)的交互。

3.2 CAN 通信任務(wù)

原則上對(duì)4 路CAN 控制器的資源分配為：CAN0外呼通信、CAN1 內(nèi)召通信、CAN2 變頻器通信、CAN3群控子系統(tǒng)通信[7].但系統(tǒng)中可以在軟件上進(jìn)行相應(yīng)的配置，然后使得任意CAN 控制器可以與任意的外部子系統(tǒng)相連，這樣就增加了系統(tǒng)的靈活性，也給操作人員帶來(lái)了方便。在CAN 通信任務(wù)調(diào)用之前，需要調(diào)用相應(yīng)的CAN 控制器初始化函數(shù)，對(duì)CAN 控制器中斷、波特率、驗(yàn)收過(guò)濾器等進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置。在CAN通信任務(wù)中，一方面需要完成4 路CAN 控制器通過(guò)中斷方式接收到緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)再驗(yàn)證無(wú)誤后交付給主控調(diào)度任務(wù)，令一方面需把主控會(huì)把給群控調(diào)度器、變頻器、內(nèi)召板、轎廂板發(fā)送的信號(hào)或者命令交付給CAN 通信任務(wù)。CAN 通信任務(wù)再接收到主控的數(shù)據(jù)做相應(yīng)的驗(yàn)證，封裝成相應(yīng)的協(xié)議格式的幀，然后發(fā)送給相應(yīng)的子系統(tǒng)。

在CAN 通信中，發(fā)送數(shù)據(jù)的封裝和接收數(shù)據(jù)的解封遵循的格式除了變頻器部分參考第三方提供的CAN 總線通信協(xié)議，其他模塊與主控系統(tǒng)的通信完全依靠下述自定義協(xié)議。在電梯控制系統(tǒng)中，CAN 通信全部采用CAN2.0 所規(guī)定的擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀[5-7],其格式如表1 所示。傳輸?shù)膸?9 位ID 按下表劃分(全0 或者全1 將被舍棄)。

表1 擴(kuò)展幀ID 格式

在表1 中，主控部分的子設(shè)備dev 有外呼、內(nèi)召、群控、變頻器，以序號(hào)001、010、011、100 等;-部分是在設(shè)計(jì)協(xié)議中沒(méi)有用到的數(shù)據(jù)位，程序中用0填充;cmd 表示發(fā)送方給接收方發(fā)送的命令字(如相應(yīng)信號(hào)登記命令、相應(yīng)信號(hào)清除命令);data 部分表示發(fā)送方給接收方發(fā)送的信號(hào)數(shù)據(jù)，由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮的最高樓層為64,因此數(shù)據(jù)部分在傳輸?shù)臅r(shí)候，每次主控給與外呼、內(nèi)召通信的時(shí)只需要一幀就可以完成，其數(shù)據(jù)字節(jié)bye1 的BIT0 表示第1 樓信號(hào)，byte8的BIT8 表示第64 樓信號(hào)。

3.3 液晶顯示任務(wù)

從任務(wù)間通信角度，液晶顯示任務(wù)主要接收主控任務(wù)以消息隊(duì)列方式傳入的相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)(如上/下行、當(dāng)前樓層、目標(biāo)樓層等)，然后通過(guò)調(diào)用12864 點(diǎn)陣液晶驅(qū)動(dòng)函數(shù)和查詢用戶按鍵的輸入狀態(tài)，提供給用戶相應(yīng)的顯示菜單，以現(xiàn)實(shí)相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)。

當(dāng)然該任務(wù)，也得提供給用戶相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的接口， 然后把相關(guān)參數(shù)保存在鐵電存儲(chǔ)器FM24CL64 中。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于CAN 總線的電梯主控制系統(tǒng)具有成本低，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)，完全能夠滿足國(guó)標(biāo)GB7588-2003 對(duì)電梯控制系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。由于篇幅的限制，本文沒(méi)有給出相應(yīng)的外召板、內(nèi)叫板，群控板的設(shè)計(jì)及其具體的實(shí)現(xiàn)，另外與變頻器的接口完全按照變頻器第三方基于CAN 總線的具體通信協(xié)議。