基于CAN的电梯外呼系统设计
基于CAN的电梯外呼系统设计[20200406110301]
摘 要
随着科技的不断发展，越来越多的高层建筑拔地而起。电梯，作为高层建筑内部一种重要的交通工具，其应用规模也是日益扩大。而作为电梯的重要组成部分，电梯外呼板的应用也是随之剧增。
本文先对电梯外呼板的现实背景、定义、研究目的及状况进行了介绍；然后介绍了CAN总线；最后着重介绍了以AT89S51芯片为控制核心的电梯外呼板智能控制系统，包括LED显示模块、呼梯模块、电源模块、CAN通信模块。首先进行系统概述，提出要实现的功能，明确任务；接着根据任务设计电梯外呼控制系统方案；对于该设计方案，先进行原理图总体说明，随即分块介绍各硬件单元电路；接着阐明软件模块；然后进行软件仿真并进行相应修改；最后应用CAN分析仪等工具完成实验室调试。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:电梯外呼CAN总线调试
目 录
1引言 1
1.1 电梯控制系统框图 1
1.2 电梯外呼系统 2
2 系统设计方案 2
2.1 选择单片机的原因 2
2.2 通信方式的选择 2
3系统硬件电路设计 3
3.1 硬件系统整体概述 3
3.2 设计软件 Altium Designer 4
3.3 硬件系统分块介绍 4
3.3.1 CAN通信模块 4
3.3.2 LED显示模块 6
3.3.3 呼梯模块 8
3.3.4 电源模块 9
4系统软件设计 10
4.1 LED点阵显示 12
4.1.1 点阵显示原理 12
4.1.2 楼层显示 12
4.1.3 箭头显示 14
4.2 呼梯模块 15
4.2.1 设置模式 15
4.2.2 运行模式 17
4.3 CAN通信模块 19
4.3.1 CAN通信协议 19
4.3.2 外呼板CAN接收 23
4.3.3 外呼板CAN发送 25
4.4 外呼程序全局变量及函数功能 26
5系统调试 27
5.1 硬件调试 27
5.2软件调试 28
6结论与展望 29
参考文献 30
致谢 31
1引言
1.1 电梯控制系统框图
图1.1电梯控制系统硬件框图
电梯控制系统包括主控模块、轿厢控制模块、轿外呼叫模块等三部分组成。共含6块PCB板，下面就系统涉及的各版作简要的功能描述：
1＃主控板：对采集的端口信号与CAN数据进行综合、分析、处理，实现对执行机构的统一调度。
2＃主控接口板：采集电梯相关开关、传感器输入状态，采用光电隔离提高可靠性。输出控制。CAN数据通信实现与其它板的交互。
3＃主控终端板：按键与LCD液晶显示，隶属于主控板。
4＃轿厢控制板：采集轿厢内的各层选梯信号、开门、关门、司机等开关量采集，并将采集数据进行编码并通过CAN总线向主控板传输；接收来自主控板的CAN指令，实现对选层灯、到站钟等的输出控制。
5＃轿厢显示板：接收来自主控板的CAN实时数据，并通过点阵LED显示电梯的当前运行楼层、运行状态（上、下、静止）等信息。
6＃厅外呼叫板：采集厅外上呼、下呼开关状态，并通过CAN总线向主控板发送；接收来自主控板的CAN数据，实时显示电梯的当前运行楼层、运行状态（上、下、静止）等信息。
1.2 电梯外呼系统
电梯呼叫系统是乘客和电梯系统之间通信的阶梯。乘客上下楼发送请求通过电梯呼板告诉主机，主机接收后提起适当的行动。同时，电梯将通过电梯外呼板传送实时信息，以解除乘客电梯所有楼层。电梯呼板作为电梯系统中不可或缺的一部分，它的应用也随之增加。
电梯外呼系统主要由三部分组成：电梯显示模块、呼叫接收模块和通信模块。
（1）电梯显示模块，是将所在楼层，运行状态和呼叫状态传送给乘客。
（2）呼叫接收模块，是当乘客要通过按各楼层的呼叫按钮向电梯控制系统发出呼叫，并在下次调用请求乘坐电梯。
（3）通信模块，是外呼板与主控之间的桥梁。
2 系统设计方案
在本文中，把51单片机作为外呼板的微控制器。电梯显示模块采用LED点阵显示。用7*11点阵实现楼层数的显示，5*7点阵实现电梯运行状态的显示。呼叫模块两个接口（J-UP，J-DN）实现呼叫功能。通信模块采用CAN总线通信。
2.1 选择单片机的原因
当前，可编程逻辑控制器（PLC）或计算机操作逻辑由一个电梯控制系统，正处于快速发展。可编程控制器，微型计算机技术和继电器控制技术的速度的组合，是在顺序控制器和微机控制器控制器的基础上发展起来的，是一种以微处理器为核心的专用计算机数控，它具有良好的抗干扰能力，以适应产业控制的恶劣环境，电梯控制系统主要由PLC控制。由于PLC控制的针对性强，每个PLC是根据设备的设计，这样的价格是昂贵的。但是单芯片的价格已经相当便宜，并且能够完成电梯运行的基本功能，可以完全代替PLC控制系统。不同的PLC和单片机的单片机控制系统，它可以和设备的更新和变化的设计是完美的，更好的实现设备的升级。
2.2 通信方式的选择
随着微电子技术，集成电路处理能力的强力发展。高速传输已成为真正的需求，处理器变得更快，更快的总线速度必须升级以满足需求。由于抗干扰能力、信号质量等因素的限制，单端信号总线的数据传输速度已经发展到了极限，所以不能满足现代数据交换的需求。在迫切需要高速数据交换下，高速差分信号传输总线应运而生。高速差分信号可以有效地抑制共模干扰，它具有功耗低，传输速率，传输距离，和简单的设计等优点。
差分传输的信号对外部干扰起很强的抗干扰能力。运用差分传输方式的还有其他总线如RS-485总线。本次设计采用的是CAN总线，是由于CAN总线具有以下优势：
（1）CAN控制器在多主模式，和CAN协议通信数据进行编码，通信，实时数据通信的CAN总线网络的节点组成的强，易形成冗余结构，提高系统可靠性和系统灵活性。RS-485可以构成主从式通信系统中，只有主投票，实时性，可靠性。
（2）CAN总线通过控制器接口芯片82C250两个输出端CANH，CANL与物理总线相连[5]。CANH端的状态为高电平或悬浮状态，CANL端设为悬浮或低电平状态来保证不会出现由于系统错误导致的总线短路或损耗的现象[5]。在错误严重时，CAN节点有自动关闭的功能，不会影响其他节点操作。
（3）CAN的通信协议较完善，由接口芯片及CAN控制器芯片实现，使系统的开发难度大大降低，开发周期也缩短了[6]。而RS-485只有电气协议。
总之，CAN总线是用的最广泛的总线。
3系统硬件电路设计
3.1 硬件系统整体概述
图3.1 轿外呼叫板控制框图
本硬件系统以AT89S51芯片为控制模块，主要有乘客按键模块、LED点阵显示模块、CAN通信模块和电源模块，如图3.1所示。
通过端口采集轿外上呼或下呼信息，同时通过CAN总线即时向主控板发送对应楼层（设置并固化于EEPROM内）的呼叫信息。同时通过CAN接收主控板发来的电梯运行信息，通过7*11 LED点阵显示电梯当前运行楼层，5*7 LED点阵显示电梯当前运行状态（箭头上移、箭头下移、箭头静止），同时实现超载、满载等报警显示。由于要控制的点阵位数较多，采用8位总线分时复用的思想实现，采用74HC273锁存输出，通过74HC138译码器对外部扩充端口统一编址方式实现分时控制。CAN总线通信采用SJA1000T芯片，A82C250驱动。主CPU采用AT89S51，系统带看门狗自动复位功能。电源输入为24V，采用LM2574实现24V到5V的转换。
3.2 设计软件 Altium Designer
Altium Designer是Altium 公司开发的专门应用于电子电路设计的一体化软件。在以前版本基础上，新增了对高速/高密度板的设计和验证功能，还在传统板型设计基础上， 提供了面向可编程逻辑器件设计和嵌入式软件开发功能。它主要结合了原理图绘制、PCB板设计、电路仿真、信号完整性分析、设计输出以及其他技术。在电子设计日益复杂化的今天，它给电路设计带来巨大帮助。本次设计中，采用这个软件进行原理图绘制、元器件的封装设计、元件器库及封装库设计以及线路布设等操作，极大促进工作的完成。
摘 要
随着科技的不断发展，越来越多的高层建筑拔地而起。电梯，作为高层建筑内部一种重要的交通工具，其应用规模也是日益扩大。而作为电梯的重要组成部分，电梯外呼板的应用也是随之剧增。
本文先对电梯外呼板的现实背景、定义、研究目的及状况进行了介绍；然后介绍了CAN总线；最后着重介绍了以AT89S51芯片为控制核心的电梯外呼板智能控制系统，包括LED显示模块、呼梯模块、电源模块、CAN通信模块。首先进行系统概述，提出要实现的功能，明确任务；接着根据任务设计电梯外呼控制系统方案；对于该设计方案，先进行原理图总体说明，随即分块介绍各硬件单元电路；接着阐明软件模块；然后进行软件仿真并进行相应修改；最后应用CAN分析仪等工具完成实验室调试。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:电梯外呼CAN总线调试
目 录
1引言 1
1.1 电梯控制系统框图 1
1.2 电梯外呼系统 2
2 系统设计方案 2
2.1 选择单片机的原因 2
2.2 通信方式的选择 2
3系统硬件电路设计 3
3.1 硬件系统整体概述 3
3.2 设计软件 Altium Designer 4
3.3 硬件系统分块介绍 4
3.3.1 CAN通信模块 4
3.3.2 LED显示模块 6
3.3.3 呼梯模块 8
3.3.4 电源模块 9
4系统软件设计 10
4.1 LED点阵显示 12
4.1.1 点阵显示原理 12
4.1.2 楼层显示 12
4.1.3 箭头显示 14
4.2 呼梯模块 15
4.2.1 设置模式 15
4.2.2 运行模式 17
4.3 CAN通信模块 19
4.3.1 CAN通信协议 19
4.3.2 外呼板CAN接收 23
4.3.3 外呼板CAN发送 25
4.4 外呼程序全局变量及函数功能 26
5系统调试 27
5.1 硬件调试 27
5.2软件调试 28
6结论与展望 29
参考文献 30
致谢 31
1引言
1.1 电梯控制系统框图
图1.1电梯控制系统硬件框图
电梯控制系统包括主控模块、轿厢控制模块、轿外呼叫模块等三部分组成。共含6块PCB板，下面就系统涉及的各版作简要的功能描述：
1＃主控板：对采集的端口信号与CAN数据进行综合、分析、处理，实现对执行机构的统一调度。
2＃主控接口板：采集电梯相关开关、传感器输入状态，采用光电隔离提高可靠性。输出控制。CAN数据通信实现与其它板的交互。
3＃主控终端板：按键与LCD液晶显示，隶属于主控板。
4＃轿厢控制板：采集轿厢内的各层选梯信号、开门、关门、司机等开关量采集，并将采集数据进行编码并通过CAN总线向主控板传输；接收来自主控板的CAN指令，实现对选层灯、到站钟等的输出控制。
5＃轿厢显示板：接收来自主控板的CAN实时数据，并通过点阵LED显示电梯的当前运行楼层、运行状态（上、下、静止）等信息。
6＃厅外呼叫板：采集厅外上呼、下呼开关状态，并通过CAN总线向主控板发送；接收来自主控板的CAN数据，实时显示电梯的当前运行楼层、运行状态（上、下、静止）等信息。
1.2 电梯外呼系统
电梯呼叫系统是乘客和电梯系统之间通信的阶梯。乘客上下楼发送请求通过电梯呼板告诉主机，主机接收后提起适当的行动。同时，电梯将通过电梯外呼板传送实时信息，以解除乘客电梯所有楼层。电梯呼板作为电梯系统中不可或缺的一部分，它的应用也随之增加。
电梯外呼系统主要由三部分组成：电梯显示模块、呼叫接收模块和通信模块。
（1）电梯显示模块，是将所在楼层，运行状态和呼叫状态传送给乘客。
（2）呼叫接收模块，是当乘客要通过按各楼层的呼叫按钮向电梯控制系统发出呼叫，并在下次调用请求乘坐电梯。
（3）通信模块，是外呼板与主控之间的桥梁。
2 系统设计方案
在本文中，把51单片机作为外呼板的微控制器。电梯显示模块采用LED点阵显示。用7*11点阵实现楼层数的显示，5*7点阵实现电梯运行状态的显示。呼叫模块两个接口（J-UP，J-DN）实现呼叫功能。通信模块采用CAN总线通信。
2.1 选择单片机的原因
当前，可编程逻辑控制器（PLC）或计算机操作逻辑由一个电梯控制系统，正处于快速发展。可编程控制器，微型计算机技术和继电器控制技术的速度的组合，是在顺序控制器和微机控制器控制器的基础上发展起来的，是一种以微处理器为核心的专用计算机数控，它具有良好的抗干扰能力，以适应产业控制的恶劣环境，电梯控制系统主要由PLC控制。由于PLC控制的针对性强，每个PLC是根据设备的设计，这样的价格是昂贵的。但是单芯片的价格已经相当便宜，并且能够完成电梯运行的基本功能，可以完全代替PLC控制系统。不同的PLC和单片机的单片机控制系统，它可以和设备的更新和变化的设计是完美的，更好的实现设备的升级。
2.2 通信方式的选择
随着微电子技术，集成电路处理能力的强力发展。高速传输已成为真正的需求，处理器变得更快，更快的总线速度必须升级以满足需求。由于抗干扰能力、信号质量等因素的限制，单端信号总线的数据传输速度已经发展到了极限，所以不能满足现代数据交换的需求。在迫切需要高速数据交换下，高速差分信号传输总线应运而生。高速差分信号可以有效地抑制共模干扰，它具有功耗低，传输速率，传输距离，和简单的设计等优点。
差分传输的信号对外部干扰起很强的抗干扰能力。运用差分传输方式的还有其他总线如RS-485总线。本次设计采用的是CAN总线，是由于CAN总线具有以下优势：
（1）CAN控制器在多主模式，和CAN协议通信数据进行编码，通信，实时数据通信的CAN总线网络的节点组成的强，易形成冗余结构，提高系统可靠性和系统灵活性。RS-485可以构成主从式通信系统中，只有主投票，实时性，可靠性。
（2）CAN总线通过控制器接口芯片82C250两个输出端CANH，CANL与物理总线相连[5]。CANH端的状态为高电平或悬浮状态，CANL端设为悬浮或低电平状态来保证不会出现由于系统错误导致的总线短路或损耗的现象[5]。在错误严重时，CAN节点有自动关闭的功能，不会影响其他节点操作。
（3）CAN的通信协议较完善，由接口芯片及CAN控制器芯片实现，使系统的开发难度大大降低，开发周期也缩短了[6]。而RS-485只有电气协议。
总之，CAN总线是用的最广泛的总线。
3系统硬件电路设计
3.1 硬件系统整体概述
图3.1 轿外呼叫板控制框图
本硬件系统以AT89S51芯片为控制模块，主要有乘客按键模块、LED点阵显示模块、CAN通信模块和电源模块，如图3.1所示。
通过端口采集轿外上呼或下呼信息，同时通过CAN总线即时向主控板发送对应楼层（设置并固化于EEPROM内）的呼叫信息。同时通过CAN接收主控板发来的电梯运行信息，通过7*11 LED点阵显示电梯当前运行楼层，5*7 LED点阵显示电梯当前运行状态（箭头上移、箭头下移、箭头静止），同时实现超载、满载等报警显示。由于要控制的点阵位数较多，采用8位总线分时复用的思想实现，采用74HC273锁存输出，通过74HC138译码器对外部扩充端口统一编址方式实现分时控制。CAN总线通信采用SJA1000T芯片，A82C250驱动。主CPU采用AT89S51，系统带看门狗自动复位功能。电源输入为24V，采用LM2574实现24V到5V的转换。
3.2 设计软件 Altium Designer
Altium Designer是Altium 公司开发的专门应用于电子电路设计的一体化软件。在以前版本基础上，新增了对高速/高密度板的设计和验证功能，还在传统板型设计基础上， 提供了面向可编程逻辑器件设计和嵌入式软件开发功能。它主要结合了原理图绘制、PCB板设计、电路仿真、信号完整性分析、设计输出以及其他技术。在电子设计日益复杂化的今天，它给电路设计带来巨大帮助。本次设计中，采用这个软件进行原理图绘制、元器件的封装设计、元件器库及封装库设计以及线路布设等操作，极大促进工作的完成。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/2316.html
