摘 要：基于CAN總線技術，以AT89C51為，采用Intel82526及PCA82C250構成的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，通過主控制器與轎廂、門廳控制器間的通信，完成了對電梯的控制，并可進行遠程監(jiān)控。對通訊中出現(xiàn)的沖突采用非破壞性仲裁的方法解決。
關鍵詞：CAN總線；串行通信；電梯

    現(xiàn)代社會中，電梯已經(jīng)成為不可缺少的運輸設備。電梯的存在使得每幢高層建筑的交通更為便利。電梯控制技術的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段：繼電器控制階段，微機控制階段，現(xiàn)場總線控制階段。

    與其它幾種現(xiàn)場總線比較而言，CAN總線是易實現(xiàn)，價格為低廉的一種，這也是目前CAN總線在眾多領域被廣泛采用的原因。CAN總線協(xié)議是建立在國際標準組織開放系統(tǒng)互聯(lián)模型基礎上的。作為工業(yè)控制的底層網(wǎng)絡，CAN總線通波特率可高達1Mbps，遠距離可達l0km；通訊采用短幀結構，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間短，受干擾的幾率低，并且CAN總線協(xié)議有良好的檢錯措施，因此CAN總線通訊的可靠性較高。由于CAN總線的安全性，實時性，簡單易操作性和價格低廉，使其十分適合在電梯通訊中應用。目前電梯井道系統(tǒng)中，主要采用并行通訊，上行、下行電纜比較多，現(xiàn)場安裝調試比較麻煩。采用CAN總線后，通過串行通信方式，構成控制器局域網(wǎng)，僅用四根線，其中兩根為電源線，一根信號發(fā)送線，一根信號接收線，實現(xiàn)呼梯、內選及顯示信號的通信，并為進一步實現(xiàn)多臺電梯群控、遠程監(jiān)控、樓宇自動化提供便利接口。

1系統(tǒng)組成及硬件設計

1.1 系統(tǒng)的總體結構
    系統(tǒng)基于CAN總線多主結構，以CAN總線控制器82526和總線收發(fā)器PCA82C250為主體組成通信控制模塊，設計了主控制器、轎廂控制器、門廳控制器。通過串行通信方式構成控制器局域網(wǎng)，實現(xiàn)呼梯、內選及顯示信號的通信。但是隨著高層建筑的出現(xiàn)和建筑面積的擴大，需要并排設置幾臺電梯，以完成大樓內的垂直運輸任務。為了實現(xiàn)群控，便存在著電梯相互聯(lián)接的問題，這樣就需要有監(jiān)控微機統(tǒng)一監(jiān)控調度。這里我們采用485總線實現(xiàn)單臺電梯主控制器之間以及與監(jiān)控微機間的通信。電梯的群控系統(tǒng)結構如圖1所示。
 
 
圖1電梯控群控系統(tǒng)結構圖

1.2 系統(tǒng)硬件設計
    在單臺電梯控制系統(tǒng)中，主控制器要完成其它控制器信號的采集，顯示信號的輸出，電梯運行控制等一系列的功能。而轎廂及門廳控制器只需要將呼叫信號采集，經(jīng)CAN總線送往主控制器，并接收來自主控制器的顯示信號將它輸出即可。因此，轎廂、門廳控制器結構大體與主控制器類似且相對簡單。

    下面以主控制器(如圖2所示)為例介紹硬件設計。電梯主控制器CPU采用了AT89C51單片機。AT89C51單片機是與8X51系列單片機兼容的增強型微控制器，其內部集成了4K字節(jié)的Flashrom。由于主控制器是電梯控制系統(tǒng)的，擔負著控制電梯運行的重要任務，所編出的程序較大，因此，它的外部還要擴展外部程序數(shù)據(jù)存儲器，按常規(guī)采用2764和6264。


     在單臺電梯控制系統(tǒng)中，主控制器與轎廂及門廳控制器之間采用CAN總線實現(xiàn)通訊。CAN總線控制器采用INTEL公司82526芯片。PCA82C250作為CAN總線的接口。82526內部采用硬件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能，因而這部分的程序只需將82526中的數(shù)據(jù)讀出和將數(shù)據(jù)寫入82526。圖3為CPU與CAN、485接口電路部分的外圍電路接線原理圖。
 
                圖3通訊接口電路原理圖 

    在主控制器中，因為需要輸入的點數(shù)較多，這里我們采用常用的8255作為輸入輸出接口芯片?？紤]到實際調試、修改程序的方便，主控制器中設計了鍵盤顯示電路，這一部分電路的采用專供鍵盤及顯示器接口用的可編程接口芯片8279，以掃描方式工作。掃瞄線SL0~SL2經(jīng)過3-8譯碼器產(chǎn)生8路掃描信號。另外為了解決外部的干擾引起的問題，在主控制器中要加入Watchdog電路，保證系統(tǒng)發(fā)生故障時能及時讓系統(tǒng)回到正常工作狀態(tài)。

2通訊協(xié)議

    本系統(tǒng)采用CAN2.0A標準，該協(xié)議的優(yōu)點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，因此CAN沒有節(jié)點地址的概念，代之以對通訊數(shù)據(jù)塊進行編碼，支持以數(shù)據(jù)為中心的通信模式。當電梯層站數(shù)不同時，只需要在總線上進行增減控制器的節(jié)點數(shù)，并對相應的數(shù)據(jù)幀進行適當?shù)男薷摹?

2.1 數(shù)據(jù)幀
    數(shù)據(jù)幀（如圖4所示）包括七個部分：幀起始，仲裁場，控制場，數(shù)據(jù)場，CRC序列，ACK場，幀結束。仲裁場包括有報文標識符（11位）和遠程發(fā)送申請位（RTR）；控制場由六位組成，后四位為數(shù)據(jù)長度碼，代表數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，這里設為
2；傳輸信號每幀數(shù)據(jù)含兩個字節(jié)，高字節(jié)表示具體層樓數(shù)，低字節(jié)設為控制字。

         圖4數(shù)據(jù)幀組成

2.2 仲裁
    總線空閑時，任意節(jié)點都可以發(fā)送數(shù)據(jù)，其它節(jié)點都可以接收數(shù)據(jù)，只需要通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點，一點對多點及全局廣播等通訊方式，無需專門調度。這里用接收碼寄存器，接收碼屏蔽寄存器實現(xiàn)報文濾波。

    當多個總線控制器同時發(fā)送報文時，為避免沖突需進行仲裁，這里采用非破壞性仲裁的方法解決沖突。所謂非破壞性是指這種仲裁方式可以使信息和時間都沒有損失，它是借助逐位仲裁幀中的ID號碼來實現(xiàn)的。CAN數(shù)據(jù)幀如前所述仲裁場ID號碼的標識一個節(jié)點地址，RTR位為0表示該幀為數(shù)據(jù)幀，為1時表示遠程幀，而后者優(yōu)先權要高于前者。這12位ID號代表報文的優(yōu)先權高低，數(shù)越小優(yōu)先權越高。

    非破壞性仲裁的過程可以用一個例子來說明，如圖5，某時刻網(wǎng)絡上有三個節(jié)點a、b、c同時發(fā)送信息，ID標識符的發(fā)送順序為從高位到低位，即由ID.0到ID.11，每發(fā)送1字符網(wǎng)絡做與運算。比如ID.6發(fā)送后，網(wǎng)絡做運算：0∩1∩0＝0，則網(wǎng)絡上各節(jié)點收到的信息為0。ID.6為1的字節(jié)發(fā)現(xiàn)接收到的與發(fā)送的不同，停止發(fā)送。這樣就使優(yōu)先級低（ID大）的節(jié)點退出發(fā)送。如此比較下去，直到全部ID及RTR發(fā)送完畢，網(wǎng)絡上僅剩節(jié)點c繼續(xù)發(fā)送信息，并且無需重發(fā)。

3程序設計

    圖5 CAN的沖突仲裁過程

    主控制器程序流程圖如圖6所示。根據(jù)電梯實際運行的要求，主控制器須通過與轎廂及門廳控制期間的通訊，來實現(xiàn)對轎廂和門廳呼梯信號的采集，完成對電梯運行方向、當前層樓數(shù)的判斷、顯示和中途停車等的控制。同時電梯在運行過程中，主控制器還要對井道中各種開關量限位信號進行采集分析，以實現(xiàn)對電梯的準確控制。在系統(tǒng)調試時，主控制器還應能與PC機實現(xiàn)通訊以方便系統(tǒng)的實時控制。因此，主控制器的程序設計應當充分考慮到上述功能的有機結合。


        圖6主控制器程序流程圖 

    轎廂、門廳控制器的程序流程框圖如圖7所示。它們所要完成的功能比較簡單即采集呼梯信號發(fā)送到主控制器，接收來自主控制器的顯示信號并將它們輸出。

圖7轎廂、門廳控制器程序流程框圖

    停車控制子程序主要負責電梯停車及轎廂開關門控制。首先，程序輸出停車控制字。然后，使電梯開門。接著判斷光幕信號是否被截斷。若是，則等待，沒有被截斷的話，再判斷此時電梯是否超重，若超重則報警等待，沒有則繼續(xù)判斷是否有關門信號，有則電梯關門。沒有則延時一段時間后，自動關門，返回主程序。程序流程框圖如圖8所示。

  圖8停車子程序流程框圖

4結束語

    基于CAN總線技術，以AT89C51為，采用82526結合PCA820250芯片構成的電梯監(jiān)控系統(tǒng)在實際應用中，主控制器通過CAN總線收發(fā)器借助CAN總線完成與其他主控制器的數(shù)據(jù)通訊。經(jīng)在兩臺8層電梯上實地使用，與代用PLC控制系統(tǒng)相比，故障停梯時間大大縮短，可靠性明顯提高，調試和增減內容均比較方便，達到了預期效果。 


  

參考文獻:

[1]. AT89C51 datasheet http://www.udpf.com.cn/datasheet/AT89C51_810155.html.
[2]. PCA82C250 datasheet http://www.udpf.com.cn/datasheet/PCA82C250_542618.html.
[3]. PLC datasheet http://www.udpf.com.cn/datasheet/PLC_1248813.html.
[4].鄔寬明編著,CAN總線原理和應用系統(tǒng)設計,北京,北京航空航天大學出版社,1996. [2]李恩林,陳斌生主編.微機接口技術300例,北京,機械工業(yè)出版社,2003.