張海斌

摘 要：隨著現(xiàn)代城市化建設(shè)的增強(qiáng)，高樓大廈拔地而起，電梯的使用日益廣泛。為使電梯控制系統(tǒng)順應(yīng)現(xiàn)代住房的要求，我們廣泛地應(yīng)用CAN總線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使整個(gè)電梯的運(yùn)轉(zhuǎn)得到充足的保障。通過介紹CAN通訊的實(shí)驗(yàn)原理，了解其高性能的同時(shí)，探討新時(shí)期CAN總線在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)交換；CAN總線

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)社會(huì)主義的步伐加快，電梯作為人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常接觸到的一種運(yùn)輸工具，其安全性與科學(xué)性不容忽視。針對(duì)目前的電梯控制系統(tǒng)而言，并行通信與串行通訊皆有采納。并行通訊主要針對(duì)于，樓層數(shù)較低的住房，其具備有速度快的特點(diǎn)，但由于其線路多，對(duì)電梯的安裝和維修略微麻煩。串行通訊由于由于其成本低，發(fā)展較為良好，在許多的企業(yè)內(nèi)廣泛使用，而CAN總線作為串行通訊的一種，是使用較多的通訊方式。

一、CAN總線的介紹

傳統(tǒng)電梯的控制系統(tǒng)，不易改裝且接線過多，提升了工人操作的難度導(dǎo)致對(duì)系統(tǒng)的維修難。當(dāng)今人們對(duì)電梯的需求越來越高，不但體現(xiàn)在電梯的安全性，更體現(xiàn)在電梯的舒適度上。因此電梯的自我調(diào)適，故障判斷等智能化因素需要及時(shí)引入，采用CAN總線嵌入式技術(shù)可滿足人們的需求。

CAN總線是由德國公司BOSCH開發(fā)研制而成，其最初目的是為解決汽車內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換困難的問題，因而形成電子控制網(wǎng)絡(luò)，并最終成為國際上應(yīng)用最寬泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。因其安全舒適性和可靠性，已被廣泛的運(yùn)用于各行各業(yè)中，例如醫(yī)療設(shè)施、工業(yè)物資、自動(dòng)化、電力控制等方面。它具有明顯的優(yōu)越性，尤其體現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)間的實(shí)時(shí)通訊強(qiáng)，開發(fā)周期短，達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)等。

作為一種技術(shù)先進(jìn)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信控制方式，它采用的分布式多機(jī)系統(tǒng)可以讓各節(jié)點(diǎn)控制器均在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其他幾點(diǎn)傳輸信息，無主機(jī)、從機(jī)之分，高效率的信息傳輸使其成本合理。其傳送和接收數(shù)據(jù)的方式，可以采取一對(duì)一、一對(duì)多，全局廣播等方式。因此，為提升電梯控制系統(tǒng)的實(shí)用性與安全性，采用CAN總線嵌入式技術(shù)，使得系統(tǒng)更加牢靠，可擴(kuò)展性提高。

二、硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)

在完成相關(guān)的功能結(jié)構(gòu)定義后，需要對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)，隨后調(diào)試單個(gè)節(jié)點(diǎn)，最后完成系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)試。其硬件環(huán)境包括，計(jì)算機(jī)和兩臺(tái)帶有增強(qiáng)型單片機(jī)的仿真下載實(shí)驗(yàn)儀、相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀數(shù)據(jù)線等。

CAN總線作為承上啟下的一部分，在連接電梯控制系統(tǒng)與各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的通訊上起到了不可替代的作用，所以CAN總線的穩(wěn)定性與安全性十分特殊。我們通過獨(dú)立的CAN總線控制器和CAN收發(fā)器以滿足CAN總線通信的硬件條件。在滿足了CAN總線的硬件條件后，最主要的環(huán)節(jié)是網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及軟件設(shè)計(jì)。

CAN網(wǎng)絡(luò)采用直線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，至少存在兩個(gè)及兩個(gè)以上的CAN節(jié)點(diǎn)。需要注意的是全部CAN節(jié)點(diǎn)的通訊波特率必須相同。對(duì)于干線而言，網(wǎng)絡(luò)通訊波特率與通訊距離成反比，對(duì)于支線而言，長度應(yīng)小于三米。

軟件的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)CAN總線和節(jié)點(diǎn)間有效實(shí)施完成通訊溝通的重難點(diǎn)。程序的初始化以及程序的接受、發(fā)送，檢錯(cuò)處理等。在軟件設(shè)計(jì)中，為貫徹原有的模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)方案采用分層化處理，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言具有利于開發(fā)和維護(hù)的作用。

在軟件設(shè)計(jì)之前，首先我們對(duì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分類，采用分層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。在多臺(tái)電梯同時(shí)運(yùn)行的背景下，為滿足乘客的等待時(shí)間最短、電梯耗能最小等指標(biāo)，采用進(jìn)化算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等相應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。

為滿足大量實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的處理，我們需要引入實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫，其可以幫助我們對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，因其以一定的頻率進(jìn)行刷新，故而我們想要保持長久數(shù)據(jù)，則應(yīng)創(chuàng)立對(duì)應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)庫。歷史數(shù)據(jù)庫，幫助我們對(duì)長時(shí)間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和收集，為電梯控制系統(tǒng)的安全工作進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析工作提供歷史性的數(shù)據(jù)支持。

三、CAN總線在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

CAN總線的電梯分布式控制結(jié)構(gòu)由四部分構(gòu)成。分別為主控制器、轎廂控制器、外呼控制器、群控調(diào)度器組成。在這四者中，主控制器直接與CAN總線連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的總交流。轎廂控制器則與若干個(gè)外呼控制器掛在同一總線上。群控調(diào)度器通過CAN總線與主控制器和廳外總站之間進(jìn)行通訊，進(jìn)行多臺(tái)電梯之間的調(diào)度問題。各個(gè)模塊為獨(dú)立的微機(jī)控制，管理員可通過主控制器的操作面板來對(duì)整個(gè)電梯進(jìn)行調(diào)試。

將CAN總線運(yùn)用于電梯控制系統(tǒng)中，是因?yàn)槠浯嬖诙鄠€(gè)優(yōu)點(diǎn)。（1）提高電梯的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力：采用總線沖突仲裁方式，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)總是首要傳遞，無論優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)正在上傳與否，這樣保證了各主要控制器間多主的工作方式；（2）提升電梯系統(tǒng)的抗干擾性：在某一節(jié)出現(xiàn)故障嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉傳輸?shù)墓δ埽蛊鋽鄥s與CAN總線的關(guān)聯(lián)，保護(hù)其他節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)作，若發(fā)送的信息遭到破壞，無需人工的干涉，該節(jié)點(diǎn)隨后可自動(dòng)重發(fā)信息，保證了信息的正常傳遞；（3）提升電梯系統(tǒng)通訊的可靠性：CAN系統(tǒng)具有嚴(yán)格的處理錯(cuò)誤和糾錯(cuò)機(jī)制，在節(jié)點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，能夠自動(dòng)退出，并且硬件CRC對(duì)每幀信息都進(jìn)行了檢驗(yàn)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼鎸?shí)性，在高干擾、高噪聲環(huán)境下同樣適用；（4）CAN總線通訊新能好，CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)最大傳輸率為1Mbps（傳輸距離為40米），在速率5kbps以下，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10千米；（5）安裝極其便利、快捷，CAN總線的安裝，只需通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)依賴一對(duì)雙絞線連接即可。

在電梯控制系統(tǒng)中，CAN總線通過各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的信息傳遞來實(shí)現(xiàn)通信，為提高電梯的安全性能，可靠性強(qiáng)的CAN總線顯得尤為重要。通過嵌入式技術(shù)結(jié)合CAN總線對(duì)電梯的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊化、分層式的處理，不僅方便了相應(yīng)的相關(guān)軟件的統(tǒng)一規(guī)劃，更有利于系統(tǒng)的發(fā)展，乃至后期的進(jìn)步與維修。

四、結(jié)語

CAN總線因其高性價(jià)比在世界上成為應(yīng)用最普及的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，它具有廣大的前景。我們?cè)陔娞菘刂葡到y(tǒng)中通過嵌入式技術(shù)，結(jié)合CAN總線，對(duì)電梯系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，使一個(gè)控制器合理地完成相應(yīng)的功能和數(shù)據(jù)處理，最終實(shí)現(xiàn)提升電梯控制系統(tǒng)的牢固性與實(shí)用性。

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