摘要：基于CAN總線技術(shù)，以AT89C51為核心，采用Intel82526及PCA82C250構(gòu)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(jìn)行遠(yuǎn)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(guān)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(yùn)輸設(shè)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(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段：繼電器控制階段，微機(jī)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總線是最易實現(xiàn)，價格最為低廉的一種，這也是目前CAN總線在眾多領(lǐng)域被廣泛采用的原因。CAN總線協(xié)議是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織開放系統(tǒng)互聯(lián)模型基礎(chǔ)上的。作為工業(yè)控制的底層網(wǎng)絡(luò)，CAN總線通波特率可高達(dá)1Mbps，最遠(yuǎn)距離可達(dá)l0km；通訊采用短幀結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(diào)試比較麻煩。采用CAN總線后，通過串行通信方式，構(gòu)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(nèi)選及顯示信號的通信，并為進(jìn)一步實現(xiàn)多臺電梯群控、遠(yuǎn)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(shè)計

1.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)基于CAN總線多主結(jié)構(gòu)，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(shè)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(gòu)成控制器局域網(wǎng)，實現(xiàn)呼梯、內(nèi)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(kuò)大，需要并排設(shè)置幾臺電梯，以完成大樓內(nèi)的垂直運(yùn)輸任務(wù)。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(jī)統(tǒng)一監(jiān)控調(diào)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(jī)間的通信。電梯的群控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。


圖1電梯控群控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2系統(tǒng)硬件設(shè)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(yùn)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(jié)構(gòu)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(shè)計。電梯主控制器CPU采用了AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)是與8X51系列單片機(jī)兼容的增強(qiáng)型微控制器，其內(nèi)部集成了4K字節(jié)的Flashrom。由于主控制器是電梯控制系統(tǒng)的核心，擔(dān)負(fù)著控制電梯運(yùn)行的重要任務(wù)，所編出的程序較大，因此，它的外部還要擴(kuò)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(nèi)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(diǎn)數(shù)較多，這里我們采用常用的8255作為輸入輸出接口芯片。考慮到實際調(diào)試、修改程序的方便，主控制器中設(shè)計了鍵盤顯示電路，這一部分電路的核心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(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議最大的優(yōu)點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，因此CAN沒有節(jié)點(diǎn)地址的概念，代之以對通訊數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，支持以數(shù)據(jù)為中心的通信模式。當(dāng)電梯層站數(shù)不同時，只需要在總線上進(jìn)行增減控制器的節(jié)點(diǎn)數(shù)，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行適當(dāng)?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(jié)束。仲裁場包括有報文標(biāo)識符（11位）和遠(yuǎn)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(shè)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(shè)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(diǎn)都可以發(fā)送數(shù)據(jù)，其它節(jié)點(diǎn)都可以接收數(shù)據(jù)，只需要通過報文濾波即可實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等通訊方式，無需專門調(diào)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(dāng)多個總線控制器同時發(fā)送報文時，為避免沖突需進(jìn)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