基于CAN總線的電梯主控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

摘 要：為了升級(jí)現(xiàn)有電梯控制系統(tǒng)，給出了一種以LPC2294 為主控芯片的電梯主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。軟件上以搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS 為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了電梯主控系統(tǒng)中的輸入采集、調(diào)度分配、CAN 通信、菜單輸出等任務(wù)；硬件建立在LPC2294 基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了與變頻器互聯(lián)互通、編碼器脈沖反饋的采集、井道開(kāi)關(guān)量的輸入輸出等。

　　1 引言

　　隨著城市化建設(shè)事業(yè)飛速發(fā)展，高層建筑和智能建筑大量涌現(xiàn)對(duì)電梯控制提出了許多新的要求，與此同時(shí) MCU 與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展為電梯控制系統(tǒng)不斷完善提供條件。由于現(xiàn)代電梯控制系統(tǒng)在安全性、穩(wěn)定性、人性化的要求不斷提高，對(duì)原有系統(tǒng)在通信方式和電機(jī)控制方式等方面進(jìn)行升級(jí)也顯得尤為必要。

　　在通信方式上，CAN 總線技術(shù)的引入改變了RS485 總線在電梯控制上只能構(gòu)造主從結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)、缺少總線仲裁與實(shí)時(shí)響應(yīng)效果不理想等方面的缺點(diǎn)，這也使得在現(xiàn)代電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，可以把一些井道開(kāi)關(guān)量信號(hào)轎廂控制器來(lái)采集，然后通過(guò)CAN 通信把有效信號(hào)直接傳輸給主控系統(tǒng)，這樣就減少主控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，增加系統(tǒng)的安全性；在電機(jī)控制上，電梯控制系統(tǒng)經(jīng)歷了雙速系統(tǒng)、多段速系統(tǒng)與當(dāng)前采用的模擬量控制系統(tǒng)三個(gè)階段，使得乘客在乘坐電梯時(shí)舒適感逐步完美，電梯控制系統(tǒng)也得到了不斷改變并趨完善。

　　2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　現(xiàn)代電梯電氣系統(tǒng)由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)組成（如圖1）。其中電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由曳引電動(dòng)機(jī)、速度反饋裝置（旋轉(zhuǎn)編碼器）、電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置（變頻器）和電源系統(tǒng)等部分組成；電氣控制系統(tǒng)又由電梯主控系統(tǒng)、外呼控制系統(tǒng)、轎廂顯示、門控制系統(tǒng)和外召系統(tǒng)等部分組成；安全保護(hù)系統(tǒng)由光幕、急停、門鎖、安全窗等組成。

　　圖1 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　電氣控制系統(tǒng)中電梯主控系統(tǒng)主要收集電梯井道限位信號(hào)和電梯外呼內(nèi)叫的呼梯信號(hào)，然后根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，與門控制系統(tǒng)和電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交互完成整個(gè)電梯的運(yùn)行控制。其在電梯的電氣控制系統(tǒng)中扮演了舉足輕重的作用。

　　2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　主控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括微控制器、CAN 通信模塊、光耦輸入、繼電器輸出、存儲(chǔ)器模塊、液晶顯示模塊、按鍵電路、電源模塊、復(fù)位模塊和JTAG模塊等。其硬件框圖如圖2 所示。

　　圖2 主控系統(tǒng)的模塊。

　　在主控系統(tǒng)中，外接了4 路CAN 總線收發(fā)器，分別連接到電梯外呼采集板、轎廂采集板、電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置（變頻器）、以及群控電梯板。主控系統(tǒng)與電梯電氣系統(tǒng)的其余子系統(tǒng)之間的通信。光耦輸入、繼電器輸出電路的功能主要是讓電梯主控系統(tǒng)采集井道限位信號(hào)和輸出井道限位；液晶顯示模塊和按鍵電路則是給電梯調(diào)試人員設(shè)計(jì)的調(diào)試接口，用來(lái)查看系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和改變系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)；而鐵電存儲(chǔ)器用來(lái)保存系統(tǒng)參數(shù)運(yùn)行參數(shù)。

　　2.1 微控制器模塊

　　LPC2294 是基于一個(gè)支持在線仿真和跟蹤的16/32 位ARM7TDMI-STM CPU，并帶有16KB 的SRAM 和256 KB 板級(jí)高速Flash 存儲(chǔ)器。128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)