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[導讀] 隨著現代社會的發展,科學技術的進步,出現了眾多高層建筑和智能建筑。電梯,作為高層建筑內部一種重要的交通工具,其應用規模日益擴大。而作為電梯系統中必不可少的一部分,電梯召喚顯示板(簡稱電梯

隨著現代社會的發展,科學技術的進步,出現了眾多高層建筑和智能建筑。電梯,作為高層建筑內部一種重要的交通工具,其應用規模日益擴大。而作為電梯系統中必不可少的一部分,電梯召喚顯示板(簡稱電梯外呼板)的應用也隨之劇增。

電梯外呼板應用于每層樓的電梯門外,供乘客及電梯維保人員使用。電梯外呼板將乘客及維保人員的需求信息通過CAN總線傳達給電梯主板,電梯主板接收信息并執行相應的操作。同時,電梯主板將電梯的實時運行信息通過CAN總線傳遞給電梯外呼板,通過外呼板LED顯示出來,供乘客參閱。

AVR單片機具有高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位的特點,本系統選用了高檔ATmega列AVR單片機ATmegal6。它具有先進的RI-SC結構,具有16 kB的系統內可編程Flash,512 B的EEPROM,1 kB的片內SRAM。同時,芯片具有獨立片內振蕩器的可編程看門狗定時器,通過改變熔絲位可以設置片內晶振的振蕩周期,這樣可以省去外圍的看門狗電路和晶振電路的設計。

1 電梯外呼板系統硬件結構

電梯外呼板的硬件電路主要由乘客按鍵模塊、指示燈控制模塊、LED模塊、CAN通信電路以及電源模塊構成,如圖1所示。

1.1 CAN通信模塊

1.1.1 CAN的技術特點

CAN是一種多主總線,通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維,具有物理層、數據鏈路層和應用層等3層協議,其通信速率可達1 Mb/s。CAN總線專用接口芯片中以固件形式集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層2層功能,完成對通信數據的成幀處理,包括位填充、數據塊編碼、循環冗余校驗、優先級判別等多項工作。它具有以下特點:

1)廢除傳統的站地址編碼,代之以對通信數據塊進行編碼,可以多主方式工作;

2)采用非破壞性仲裁技術,當2個節點同時向網絡上傳送數據時,優先級低的節點主動停止數據發送,而優先級高的節點可不受影響繼續傳輸數據,有效避免了總線沖突;

3)采用短幀結構,每一幀的有效字節數為8個,數據傳輸時間短,受干擾的概率低,重新發送的時間短;

4)每幀數據都有CRC校驗及其他檢錯措施,保證了數據傳輸的高可靠性,適于在高干擾環境下使用;

5)節點在錯誤嚴重的情況下,具有自動關閉總線的功能,切斷其與總線的聯系,以使總線上其他操作不受影響;

6)可以點對點,一對多及廣播集中方式傳送和接收數據。

基于以上特點,在本設計中將電梯主板節點的優先級設為最高,而其他電梯外呼板的優先級次之,電梯主板可以接收任何電梯外呼板的數據,而電梯外呼板只能接收電梯主板的數據。電梯主板可以發送廣播信息(例如樓層運行的信息),也可以發送點對點信息(例如針對某層的指示燈控制信息)。

1.1.2 CAN的硬件實現

CAN控制器采用MICroChip公司的MCP2510,該器件使用SPI接口與MCU通信。只需4條總線就可以實現與MCU的通信,但為了具有更好的實時性,一般采用中斷方式與MCU進行通信,因此還需要一個中斷信號總線

用來通知MCU接收從CAN總線上發來的數據。CAN的接口器件采用TJ-Al050,該器件是CAN控制器與物理總線之間的接口器件。

在CAN模塊電路中,如圖2所示,ATmegal6的SS,MOSI,MISO,SCK,INT分別與MCP2510的

,SI,SO,SCK,

相連接。為了進一步提高CAN總線節點的抗干擾能力,MCP2510的TXCAN和RXCAN通過光耦6N137分別與TJAl050的TXD和RXD相連接。

1.1.3CAN的報文格式

在總線中傳送的報文,每幀由7部分組成。CAN協議支持2種報文格式,其唯一不同是標識符(ID)長度不同,標準格式為11位,擴展格式為29位。本設計中使用標準數據幀,由幀起始、仲裁域、控制域、數據域、CRC域、應答域和幀結尾等7種位域組成,如圖3所示。

其中數據域的長度為0~8個字節。仲裁域由標識符和RTR組成,在標準格式中,標識符為11位。在本例通信協議的制定中,標志位的前4位用作通信的類型碼,后7位用作CAN節點的ID號。數據域則用來存儲通信的具體內容信息,例如電梯所在的樓層,運動方向等。

1.2LED顯示模塊

本模塊由3片8x8 LED顯示屏以及以單片機為核心的驅動電路構成。LED顯示屏由LED點陣顯示器P2158構成。它是以發光二極管為像素,按照行與列的順序排列而成的顯示器件,采用逐行(或逐列)掃描方式工作,由峰值較大的窄脈沖驅動,從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通,同時又向各列送出表示圖形或文字信息的脈沖信號,反復循環以上操作,就可顯示各種圖形或文字信息。以AVR高速單片機為核心的驅動電路如圖4所示。

LED顯示功能采用逐行掃描的方法,在3片8×8點陣LED顯示屏上顯示相應的信息。控制信號由MCU發出,經過緩沖器74F244后分成2路,一路經過移位寄存器74S164,串行轉并行后來驅動LED點陣的行;另一路經過鎖存器68595,串行轉并行后驅動LED點陣的列。LED點陣顯示采用逐行掃描,每行顯示取模方式為從右到左,字節正序輸出。其中,鎖存器的輸入數據由軟件中的字庫提供。LED顯示每20 ms顯示一次,故顯示頻率為50Hz,符合人眼的閃爍特性。

2 電梯外呼板軟件設計

電梯外呼板軟件設計流程如圖5所示。電梯外呼板通過CAN總線接收電梯主板的數據幀,并將數據幀暫時存入緩存區,經過分析處理后按一定的方式保存起來。然后根據數據幀要顯示的方式,從數據存儲器中取出相應的數據存到一個顯示緩存區進行顯示,采用逐行掃描方式顯示。電梯外呼板上如果有召喚信號輸入,相應指示燈亮,同時電梯外呼板上通過CAN總線向電梯主板發送數據幀,數據幀內容包含召喚信息。通信的方式建立握手應答機制。

3 結束語

本系統采用AVR單片機,使用CAN總線通信,通信安全可靠,實時性好,主要用在電梯系統中的外呼召喚顯示,同時也可以用在電梯轎廂中用于樓層信息的顯示。將其接入電梯仿真系統中,本系統能夠快速響應,長時間運行期間安全可靠,增加和刪除節點簡單方便。


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