劉友富，鮑同興，王重清

（浙江西迅電梯有限公司，浙江嘉興 314000）

0 引言

電梯是高層建筑中一種重要的工具，電梯外呼板是電梯不可或缺的部分。電梯外呼板用在建筑每一層的電梯門外，方便乘客和電梯維保者使用。電梯外呼板將乘客和維保者的數(shù)據(jù)要求基于CAN 總線傳送至電梯主板，電梯主板收到信號并做出相關處理。電梯主板把電梯的實時運轉數(shù)據(jù)依靠CAN 總線傳送至電梯外呼板，通過外呼板LED 顯示，供乘客瀏覽。

AVR 單片機具有穩(wěn)定性高、功能好、迅速、低功耗以及低價位等特點，該系統(tǒng)選擇高檔ATmega 型AVR 單片機ATmega16。其具備科學的RISC 構造，具備在16 kB 的系統(tǒng)中能編程Flash，512 的EEPROM，1 kB 的片中SRAM[1]。而且，芯片具備單獨片內振蕩設備的可編程看門狗定時裝置，經調整熔絲位，能夠設立片內晶振的振蕩時間，可以簡化外圍的看門狗線路與晶振線路的規(guī)劃。

1 CAN 的基本特征

以往的電梯外呼板選擇機電設備、接觸器和電梯主板銜接，存在成本高、穩(wěn)定性差和故障率大等缺點，并且在樓層出現(xiàn)改變時，還給安裝與調試工作帶來諸多麻煩。

CAN 屬于一個多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸導線和光導纖維，具有物理層、信息鏈路層與應用層等3 層協(xié)議，通信速率能達到1 Mb/s。CAN 總線專用接口芯片中以固件方式統(tǒng)一了CAN 總線的物理層與信息鏈路層兩層功能，實現(xiàn)對通信信息的成幀處置，涉及位填充、信息塊編碼、循環(huán)冗余檢驗和優(yōu)先級判斷等多種工作。CAN 具備如下特征。

（1）廢除原來的站地址編碼，選擇對通信信息塊展開編碼，能夠多主方式操作。

（2）選擇非損壞性仲裁方法，當兩個節(jié)點同步向互聯(lián)網(wǎng)中傳輸信息時，優(yōu)先級小的節(jié)點自動停止信息傳輸，優(yōu)先級大的節(jié)點不受干擾一直傳送信息，有效防止了總線矛盾。

（3）采取短幀結構，每個幀的有用字節(jié)數(shù)是8 個，信息傳遞迅速，受影響概率小，再次傳送時間少。

（4）每幀信息均有CRC 校驗和其他檢錯方法，確保了信息傳遞的高穩(wěn)定性，適合在高干擾狀態(tài)下應用。

（5）節(jié)點在錯誤較大的狀態(tài)下，具備智能關上總線的性能，斷開其和總線的關聯(lián)，使得總線上其他工作免受干擾。

（6）能夠點對點，一對多和廣播集中形式傳遞與接收信息。

針對上述特征，在此設計中將電梯主板系統(tǒng)的優(yōu)先級設定為最高，其他電梯外護板則次之。電梯主板能夠接收所有電梯外護板的信息，而電梯外護板僅可以收到電梯主板的信息。電梯主板能夠傳送廣播消息（如樓層運作的內容），也能夠傳送點對點數(shù)據(jù)（如對于某層的指示燈管理信號）。

2 電梯外呼控制器介紹

電梯外呼控制器屬于電梯結構的呼叫部分，根據(jù)功能外呼控制器包括電梯顯示系統(tǒng)、外呼接收系統(tǒng)與通信系統(tǒng)等3 個部分。

（1）顯示系統(tǒng)。外呼顯示系統(tǒng)是乘客和電梯間人機溝通的部分，主要作用是電梯門區(qū)等候電梯的人可以及時知道電梯目前所處的運轉樓層，電梯目前運轉方向和本樓層的外呼狀況。該系統(tǒng)選擇2 個8 段發(fā)光LED 用作樓層顯示設備，選擇2 個含有上下箭頭的LED 用作電梯上下運轉的方位顯示器，外呼控制器經與主控進行通信，獲得并呈現(xiàn)目前電梯狀況。

（2）外呼接收系統(tǒng)。當乘客選擇乘坐電梯時，他們要經過每層樓內外呼面板上的2 個外呼按鍵來外呼，給電梯控制平臺傳出上呼與下呼的請求。外呼控制系統(tǒng)接收到外呼請求后，通過處理，基于通信系統(tǒng)傳送至主控制器。

（3）通信系統(tǒng)。在以往的電梯控制平臺內，呼梯與主控之間通信是采取點對點的通信形式，即I/O 直接管理模式。主控器選擇16 根樓層顯示線、2 根方位顯示線、2 個外呼登記等若干根信號線直接和每層樓的外護板直接銜接。當電梯樓層上升時，促使系統(tǒng)連線非常繁瑣。因此，該系統(tǒng)選擇CAN 總線實現(xiàn)外呼和主控之間的通信，明顯精簡了系統(tǒng)構造。

3 電梯外呼板硬件構造

電梯外呼板硬件線路由乘客按鈕模塊、指示燈管理模塊、LED 顯示屏、CAN 通信線路和電梯模塊組成。

3.1 硬件系統(tǒng)

3.1.1 CAN 通信模塊

CAN 選擇MicroChip 的MCP2510，該設備應用SPI 接口和MCU 通信。只要4 條總線即能夠實現(xiàn)和MCU 的通信，但是為了保證一定的實時性，通常選擇中斷形式和MCU 實現(xiàn)通信。因此，還要有一個斷開信號總線INT，用于通知MCU 接收由CAN總線上傳出的信息。CAN 的接口設備選擇TJA1050，該設備是CAN 和物理總線間的接口工具。

MicroChip 的MCP2510 屬于一種單獨CAN 協(xié)議控制器，滿足CAN V2.0B 技術標準。該設備可以傳送與接收標準與拓展信息幀和遠程幀。MCP2510 具有2 個驗收屏蔽寄存設備與6 個驗收濾波寄存設備，能夠過濾掉多余報文，這樣能夠降低MCU 的支出。MCP2510 和MCU 的銜接是基于業(yè)界規(guī)定串行SPI 來完成的。MCP2510 具備特點：①完全滿足CAN V2.0B 技術標準，通信速率是1 Mb/s；②2 個接收緩沖器，能夠優(yōu)先保存報文，6個29 位驗收濾波寄存設備，2 個29 位驗收屏蔽寄存設備；③高速SPI 接口；④單觸發(fā)形式，保證報文傳送僅僅嘗試一遍；⑤能用SOF，用來檢測SOF 信息；⑥含有可選讓能設置的斷開輸出引腳；⑦“緩沖器滿”傳輸引腳能配備為各接收緩沖設備的斷開引腳和通用數(shù)字傳輸引腳；⑧“請求發(fā)送”傳輸引腳能夠各自配備為各傳送緩沖設備的管理引腳，用來請求立刻傳送報文和通用數(shù)據(jù)引入引腳。

在CAN 模塊線路上，ATmega16 的SS、MOSI、MISO、CSK、INT 分別和MCP2510 的CS、SI、SO、SCK 以及INT 相銜接[2]。為提升CAN 總線節(jié)點防干擾性能，MCP2510 的TXCAN 與RXCAN 經過光耦6N137，分別和TJA1050 的TXD 與RXD 相銜接。

CAN 總線為保障一定的穩(wěn)固性，能夠把2 個120 Ω 的電阻并于總線上。應用電阻時，在對應的節(jié)點連接跳線。操作原則：于CAN 總線上離最長的2 個節(jié)點接入跳線電阻。在該系統(tǒng)所處的CAN 總線上，最長的兩頭分別為電梯主控板和電梯內招板，其均需要分別銜接120 Ω 的電阻。

3.1.2 CAN 報文形式

在總線上傳遞的報文，每幀由7 個部分構成。CAN 協(xié)議允許2 種報文形式，唯一差別在于ID 長度不同，標準格式是11位，拓展格式是29 位。該設計中采取標準信息幀，由幀開展、仲裁域、管理域、信息域、CRC 域、應答域以及幀結尾等7 個位域構成。其中，信息域的長度是0～8 個字節(jié)。仲裁域通過ID 與RTR 構成，在標準格式上，ID 是11 位[3]。在本例通信協(xié)議的建立中，標志位的前四位作為通信的類型碼，后七位作為CAN 節(jié)點的標識符號。信息域用于存儲通信的具體內容數(shù)據(jù)，如電梯所處的樓層、運作方位等。

3.1.3 CAN 驅動系統(tǒng)

CAN 最初是由德國BOSCH 企業(yè)推出，用作汽車內部檢測和執(zhí)行配件間的信息通信。其總線標準母線已經被ISO 國際標準組織設置為國際標準，普遍用于離散控制器。CAN 總線還是基于國家標準組織的公開系統(tǒng)互連系統(tǒng)，但其模型結構僅有3 層，即僅僅選擇OSI 下層的物理層、信息鏈路層與最頂層的應用層。信號傳遞介質是雙絞線，通信速率能達到1 Mbps/40 m，直接傳遞最長距離能達到10 km/kbps，能掛接裝備最多是110 個。CAN 是一種高效支撐分布式管理與實時管理的串行通信系統(tǒng)，采取了大量新科技和特殊的設計。相較于普通的通信總線，CAN 協(xié)議的信息通信存在明顯的穩(wěn)定性、實時性與靈活性。

CAN 設備選擇MicroChip 的MCP2510，這是一種應用普遍的CAN 控制器和物理總線間的銜接芯片，可以對總線數(shù)據(jù)實現(xiàn)差動發(fā)送與接收。為提升系統(tǒng)的防干擾性能，在系統(tǒng)之間加入了6N137。為確保CAN 總線的可靠性，CAN 驅動系統(tǒng)的電源選擇DC2405 獨立供電。

3.2 LED 顯示器

該模塊通過3 片8×8LED 顯示屏和以單片機為主的驅動線路組成。LED 顯示屏通過LED 點陣顯示設備P2158 組成[4]。這是以發(fā)光二極管為基礎，根據(jù)行和列的流程排列形成的顯示部件，采取逐行或逐列掃描形式運行。通過峰值最高的窄脈沖驅動，從上至下逐一持續(xù)對顯示器的各行展開選通，而且又給各列傳送代表圖形和文字內容的脈沖信號，多次循環(huán)上述操作，就能夠呈現(xiàn)每種圖形和文字內容。

LED 顯示性能采取逐行掃描方式，于3 片8×8 點陣LED顯示器上呈現(xiàn)相關數(shù)據(jù)。管理信號從MCU 傳出，通過緩沖設備74F244 后分為2 路，一路通過移位寄存設備74S164，串行變?yōu)椴⑿泻笠则屖筁ED 點陣的行；一路通過鎖存設備6B595，串行變?yōu)椴⑿泻篁屖筁ED 點陣的列。LED 點陣呈現(xiàn)選擇逐行掃描方式，每行呈現(xiàn)取模形式是由右至左，字節(jié)順利輸出。其中，鎖存設備的輸入信息通過軟件內的字庫供應。LED 呈現(xiàn)每20 ms 出現(xiàn)一次，故顯示頻率是50 Hz，適應人眼的閃爍。

4 軟件規(guī)劃

電梯召喚顯示板基于CAN 總線獲得電梯主板的信息幀，并把信息幀暫存在緩存區(qū)，通過分析處置后以特殊方式存儲起來。再按照信息幀要呈現(xiàn)的形式，由信息存儲器內獲得相應的信息存于某個顯示緩存區(qū)完成顯示，選擇逐行掃描形式顯示。電梯召喚顯示板上若有召喚信息輸入，對應指示燈亮起。電梯召喚顯示板經過CAN 總線向電梯主板傳送信息幀，信息幀內容涉及召喚內容。通信形式制定握手應答體制。

5 結論

該系統(tǒng)采取AVR 單片機，借助CAN 總線通信，通信安全穩(wěn)定，實時性高，主要用于電梯結構內的外呼顯示，而且還能夠用于電梯轎廂內樓層信息的呈現(xiàn)。將之接入電梯虛擬系統(tǒng)，系統(tǒng)迅速響應，長期運轉過程安全穩(wěn)定，增添與刪掉節(jié)點便捷。