基于CAN总线的电梯外呼显示器设计

1、上海交通大学自学考试上海交通大学自学考试 毕业论文答辩毕业论文答辩 专专业：工业自动化业：工业自动化 题题目：目：基于基于CAN总线的电梯呼梯显示器设计总线的电梯呼梯显示器设计 姓姓名：夏名：夏琼琼 指导教师：陈指导教师：陈坚坚 论文结构说明论文结构说明 背景介绍电梯的发展和应用现状 相关技术电梯人机界面、MCU、CAN 设计目标协议、接口、功能、性能 总体设计实现方案、开发平台 硬件设计电路具体实现和参数计算 软件设计源程序结构和主程序流程 设计验证验证方法和结论 电梯的发展和应用现状电梯的发展和应用现状 电梯的出现已经有一百多年的历史了，目前大量使用的电梯，包括客梯、 货梯、自动扶梯、自动

2、人行道、杂物梯等多种类型。 电梯的发展和应用现状电梯的发展和应用现状 其中用量最大的客梯，广泛应用于高层建筑当中。据保守估计， 中国现在正在运行的客梯保有量已超过50万台！并且以20%的年增长 率不断增加。按此计算，不考虑维保更新，每年新增的电梯外呼的需 求量将超百万台。基于CAN总线的电梯外呼显示器的设计具有明显的 经济价值。 随着技术的不断发展，电梯控制系统的拖动控制方式和通信方式 也经历了几次大的变化：拖动控制经历了继电器控制、PLC控制到目 前的DSP和变频器一体化控制方式；通信方式经历了电气接线到串行 通信再到目前广泛使用的现场总线的发展变化过程。 客梯的人机界面组成客梯的人机界面组

3、成 外呼（Hall Indicator）应用于层站的运行信息显示和呼梯装置 包括呼梯按钮、检修锁、显示屏等部件 显示方式主要有LED段码、点阵、LCD、 TFT等。 客梯的人机界面组成客梯的人机界面组成 操纵盘（Control Panel）轿厢内的显示、操作面板 包括以下部分： l显示器 l指令按钮 l警铃按钮 l对讲 l检修盒 l铭牌 相关技术相关技术MCU MCU（Micro Control Unit）微控制器单元，是由Intel于1971年首推的，将计算机的主 要硬件，如CPU、RAM、ROM以及部分外设集成在一块硅芯片上而制成的集成电路器 件，也叫单片机，主要用于嵌入式控制。 MCU的

4、发展经历了从4位、8位、16位到目前的32位字长，从KHz级的主频到现在的几 百MHz主频，包含中断、DMA、事件系统以及丰富的外设。 目前主要的MCU包括MCS-51、AVR、PIC、MSP430、ARM Cortex-M系列等产品 当前MCU的编程开发以C语言为主，各厂家提供集成开发环境、仿真器和评估开发板 等工具链辅助产品开发；软件上提供datasheet、各类例程、驱动库以及实时内核 相关技术相关技术CAN Bus 现场总线应用于工业现场的通信总线 常见总线Mode Bus、Lon Works、CAN、LIN、FF CAN BusController Area Network，控制器区

5、域网，由Bosch公 司开发，主要用于汽车控制系统的现场通信，其规范被ISO接收为国 际标准ISO11898，是唯一拥有国际标准的现场总线。CAN Bus现在 已广泛应用于汽车、电梯、医疗设备和工业现场等领域 CAN特点采用一对双绞线以差分形式传递信号；多主的总线拓 扑；最大通信速率为1Mbps，最大通信距离10km，目前总线上最多 支持110个物理节点；具有符合ISO OSI模型开放的层次模型，以及 丰富的应用层协议支持，如CAN Open，TT CAN等。 外呼设计目标外呼设计目标功能、性能功能、性能 显示界面具有5x7点阵LED显示方向箭头 7x11点阵LED显示两位楼层数字 通信接口具

6、有CAN Bus通信接口 可通过配置选通终端电阻 电源接口DC24V直流电源输入接口 具有防反接、防浪涌、防缺失能力 1632V正常工作，总功耗1W 按钮接口具有连接呼梯按钮和检修锁接口 使用条件符合工业标准的温湿度、EMC要求 通信协议定制通信协议定制 基本参数如下 a) 总线节点数：32个，采用11位ID的基本帧类型 b) 通信波特率：100Kbps，通信距离：500m 帧类型如下 a) 命令帧：ID=0 x100，DLC=2，用于主控系统向外呼发出命令 b) 广播帧：ID=0 x200，DLC=4，用于主控系统向外呼广播运行信息 c) 呼梯登记帧：ID= 0 x210(0 x220)，D

7、LC=4，为主控系统向外呼广播 上（下）呼梯请求的登记情况 d) 呼梯数据帧： ID= 0 x3000 x31F，DLC=1，外呼向主控系统发出的 呼梯按钮和检修锁状态信息ID尾数对应物理层站 通信采用定时轮询和主动发送相结合的方式进行 总体方案设计总体方案设计 开发设计平台开发设计平台 序号序号名称名称工具及版本工具及版本供应商供应商 1硬件设计工具Altium Designer Winter 09Altium 2软件集成开发环境AVR Studio 4.17 + WINAVRATMEL，GNU 3调试下载器JTAG ICE MKIIATMEL 4CAN总线调试器PCAN-USBPEAK-S

8、ystem 硬件设计硬件设计电源电源 采用TI公司最新推出的LMR14206MXK，该芯片可承受42V输 入电压，并可以提供600mA输出电流，BUCK降压型拓扑； 具有启动电压和输出电压设定功能，各种短路、过流保护； 设定输出电压5V，启动电压12V，输入储能电容保证20ms的 电源电压缺失维持时间； 电源输入端口设计了防反向、抗浪涌 器件，通过添加滤波电容和磁珠改善 EMC特性 硬件设计硬件设计MCU最小系统最小系统 MCU最小系统是保证MCU能够运行的最基本条件，包括三要 素：电源、时钟和复位；此外还包括一些辅助功能：看门狗、 调试下载接口。 硬件设计硬件设计通信接口通信接口 采用NXP公司的TJA1050T作为总线驱动芯片 带有收发数据指示LED 防短路、静电和浪涌保 护、EMI吸收 带有可选通的终端电阻 硬件设计硬件设计显示驱动显示驱动 按行扫描 逐点驱动 电阻限流 软件设计软件设计总体结构总体结构 软件设计软件设计工作流程工作流程 设计验证设计验证 本设计基于2010年为重庆XXX电梯开发的外呼显 示系列产品XXXXX、XXXXX修改而来，原设计通过嵌 入沈阳XX自动化研究所开发的控制系统的通信协议， 通过功能测试、环境试验和现场实测，已量产并在实梯 上运行超过三年了。修改后的设计对电路