基于CAN总线的电梯外呼显示器设计

上海交通大学自学考试

毕业论文答辩专

业：工业自动化题

目：《基于CAN总线的电梯呼梯显示器设计》姓

名：夏

琼指导教师：陈

坚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、自动人行道、杂物梯等多种类型。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外呼（HallIndicator）——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操纵盘——（ControlPanel）轿厢内的显示、操作面板包括以下部分：显示器指令按钮警铃按钮对讲检修盒铭牌相关技术——MCUMCU（MicroControlUnit）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、ARMCortex-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——CANBus现场总线——应用于工业现场的通信总线常见总线——ModeBus、LonWorks、CAN、LIN、FFCANBus——ControllerAreaNetwork，控制器区域网，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。CANBus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ISOOSI模型开放的层次模型，以及丰富的应用层协议支持，如CANOpen，TTCAN等。外呼设计目标——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——具有CANBus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 16~32V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=0x100，DLC=2，用于主控系统向外呼发出命令b)广播帧：ID=0x200，DLC=4，用于主控系统向外呼广播运行信息c)呼梯登记帧：ID=0x210(0x220)，DLC=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=0x300~0x31F，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开发设计平台序号名称工具及版本供应商1硬件设计工具AltiumDesignerWinter09Altium2软件集成开发环境AVRStudio4.17+WINAVRATMEL，GNU3调试下载器JTAGICEMKIIATMEL4CAN总线调试器PCAN-USBPEAK-System硬件设计——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——MCU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——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——显示驱动按行扫描逐点驱动电阻限流软件设计——总体结构软件设计——工作流程设计验证

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