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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。 1．1．3 CAN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。 1．2 LED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50 Hz，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。 |
