基于CAN總線的電梯外呼顯示器設(shè)計(jì)

上海交通大學(xué)自學(xué)考試

畢業(yè)論文答辯專

業(yè)：工業(yè)自動(dòng)化題

目：《基于CAN總線的電梯呼梯顯示器設(shè)計(jì)》姓

名：夏

瓊指導(dǎo)教師：陳

堅(jiān)論文結(jié)構(gòu)說明背景介紹——電梯的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀相關(guān)技術(shù)——電梯人機(jī)界面、MCU、CAN設(shè)計(jì)目標(biāo)——協(xié)議、接口、功能、性能總體設(shè)計(jì)——實(shí)現(xiàn)方案、開發(fā)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)——電路具體實(shí)現(xiàn)和參數(shù)計(jì)算軟件設(shè)計(jì)——源程序結(jié)構(gòu)和主程序流程設(shè)計(jì)驗(yàn)證——驗(yàn)證方法和結(jié)論電梯的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀

電梯的出現(xiàn)已經(jīng)有一百多年的歷史了，目前大量使用的電梯，包括客梯、貨梯、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行道、雜物梯等多種類型。電梯的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀

其中用量最大的客梯，廣泛應(yīng)用于高層建筑當(dāng)中。據(jù)保守估計(jì)，中國(guó)現(xiàn)在正在運(yùn)行的客梯保有量已超過50萬臺(tái)！并且以20%的年增長(zhǎng)率不斷增加。按此計(jì)算，不考慮維保更新，每年新增的電梯外呼的需求量將超百萬臺(tái)?；贑AN總線的電梯外呼顯示器的設(shè)計(jì)具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電梯控制系統(tǒng)的拖動(dòng)控制方式和通信方式也經(jīng)歷了幾次大的變化：拖動(dòng)控制經(jīng)歷了繼電器控制、PLC控制到目前的DSP和變頻器一體化控制方式；通信方式經(jīng)歷了電氣接線到串行通信再到目前廣泛使用的現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展變化過程。客梯的人機(jī)界面組成外呼（HallIndicator）——應(yīng)用于層站的運(yùn)行信息顯示和呼梯裝置包括呼梯按鈕、檢修鎖、顯示屏等部件顯示方式主要有LED段碼、點(diǎn)陣、LCD、TFT等?？吞莸娜藱C(jī)界面組成操縱盤——（ControlPanel）轎廂內(nèi)的顯示、操作面板包括以下部分：顯示器指令按鈕警鈴按鈕對(duì)講檢修盒銘牌相關(guān)技術(shù)——MCUMCU（MicroControlUnit）微控制器單元，是由Intel于1971年首推的，將計(jì)算機(jī)的主要硬件，如CPU、RAM、ROM以及部分外設(shè)集成在一塊硅芯片上而制成的集成電路器件，也叫單片機(jī)，主要用于嵌入式控制。MCU的發(fā)展經(jīng)歷了從4位、8位、16位到目前的32位字長(zhǎng)，從KHz級(jí)的主頻到現(xiàn)在的幾百M(fèi)Hz主頻，包含中斷、DMA、事件系統(tǒng)以及豐富的外設(shè)。目前主要的MCU包括MCS-51、AVR、PIC、MSP430、ARMCortex-M系列等產(chǎn)品當(dāng)前MCU的編程開發(fā)以C語言為主，各廠家提供集成開發(fā)環(huán)境、仿真器和評(píng)估開發(fā)板等工具鏈輔助產(chǎn)品開發(fā)；軟件上提供datasheet、各類例程、驅(qū)動(dòng)庫以及實(shí)時(shí)內(nèi)核相關(guān)技術(shù)——CANBus現(xiàn)場(chǎng)總線——應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的通信總線常見總線——ModeBus、LonWorks、CAN、LIN、FFCANBus——ControllerAreaNetwork，控制器區(qū)域網(wǎng)，由Bosch公司開發(fā)，主要用于汽車控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)通信，其規(guī)范被ISO接收為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，是唯一擁有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。CANBus現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于汽車、電梯、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等領(lǐng)域CAN特點(diǎn)——采用一對(duì)雙絞線以差分形式傳遞信號(hào)；多主的總線拓?fù)?；最大通信速率?Mbps，最大通信距離10km，目前總線上最多支持110個(gè)物理節(jié)點(diǎn)；具有符合ISOOSI模型開放的層次模型，以及豐富的應(yīng)用層協(xié)議支持，如CANOpen，TTCAN等。外呼設(shè)計(jì)目標(biāo)——功能、性能顯示界面——具有5x7點(diǎn)陣LED顯示方向箭頭7x11點(diǎn)陣LED顯示兩位樓層數(shù)字通信接口——具有CANBus通信接口

可通過配置選通終端電阻電源接口——DC24V直流電源輸入接口

具有防反接、防浪涌、防缺失能力 16~32V正常工作，總功耗<1W按鈕接口——具有連接呼梯按鈕和檢修鎖接口使用條件——符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的溫濕度、EMC要求通信協(xié)議定制基本參數(shù)如下a)總線節(jié)點(diǎn)數(shù)：32個(gè)，采用11位ID的基本幀類型b)通信波特率：100Kbps，通信距離：500m幀類型如下a)命令幀：ID=0x100，DLC=2，用于主控系統(tǒng)向外呼發(fā)出命令b)廣播幀：ID=0x200，DLC=4，用于主控系統(tǒng)向外呼廣播運(yùn)行信息c)呼梯登記幀：ID=0x210(0x220)，DLC=4，為主控系統(tǒng)向外呼廣播

上（下）呼梯請(qǐng)求的登記情況d)呼梯數(shù)據(jù)幀：ID=0x300~0x31F，DLC=1，外呼向主控系統(tǒng)發(fā)出的

呼梯按鈕和檢修鎖狀態(tài)信息ID尾數(shù)對(duì)應(yīng)物理層站通信采用定時(shí)輪詢和主動(dòng)發(fā)送相結(jié)合的方式進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)開發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)序號(hào)名稱工具及版本供應(yīng)商1硬件設(shè)計(jì)工具AltiumDesignerWinter09Altium2軟件集成開發(fā)環(huán)境AVRStudio4.17+WINAVRATMEL，GNU3調(diào)試下載器JTAGICEMKIIATMEL4CAN總線調(diào)試器PCAN-USBPEAK-System硬件設(shè)計(jì)——電源采用TI公司最新推出的LMR14206MXK，該芯片可承受42V輸入電壓，并可以提供600mA輸出電流，BUCK降壓型拓?fù)?；具有啟?dòng)電壓和輸出電壓設(shè)定功能，各種短路、過流保護(hù)；設(shè)定輸出電壓5V，啟動(dòng)電壓12V，輸入儲(chǔ)能電容保證20ms的電源電壓缺失維持時(shí)間；電源輸入端口設(shè)計(jì)了防反向、抗浪涌

器件，通過添加濾波電容和磁珠改善EMC特性硬件設(shè)計(jì)——MCU最小系統(tǒng)MCU最小系統(tǒng)是保證MCU能夠運(yùn)行的最基本條件，包括三要素：電源、時(shí)鐘和復(fù)位；此外還包括一些輔助功能：看門狗、調(diào)試下載接口。硬件設(shè)計(jì)——通信接口采用NXP公司的TJA1050T作為總線驅(qū)動(dòng)芯片帶有收發(fā)數(shù)據(jù)指示LED防短路、靜電和浪涌保

護(hù)、EMI吸收帶有可選通的終端電阻硬件設(shè)計(jì)——顯示驅(qū)動(dòng)按行掃描逐點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電阻限流軟件設(shè)計(jì)——總體結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)——工作流程設(shè)計(jì)驗(yàn)證

本設(shè)計(jì)基于2010年為重慶XXX電梯開發(fā)的外呼顯示系列產(chǎn)品XXXXX、XXXXX修改而來，原設(shè)計(jì)通過嵌入沈陽XX自動(dòng)化研究所開發(fā)的控制系統(tǒng)的通信協(xié)議，通過功能測(cè)試、環(huán)境試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，已量產(chǎn)并在實(shí)梯上運(yùn)行超過三年了。修