試論新時期CAN總線在電梯控制系統(tǒng)中的應用

張海斌

摘 要：隨著現(xiàn)代城市化建設的增強，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)順應現(xiàn)代住房的要求，我們廣泛地應用CAN總線通信進行數據交換，使整個電梯的運轉得到充足的保障。通過介紹CAN通訊的實驗原理，了解其高性能的同時，探討新時期CAN總線在電梯控制系統(tǒng)中的應用。

關鍵詞：控制系統(tǒng)；數據交換；CAN總線

隨著我國現(xiàn)代化建設社會主義的步伐加快，電梯作為人們日常生活中經常接觸到的一種運輸工具，其安全性與科學性不容忽視。針對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。并行通訊主要針對于，樓層數較低的住房，其具備有速度快的特點，但由于其線路多，對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致對系統(tǒng)的維修難。當今人們對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。因此電梯的自我調適，故障判斷等智能化因素需要及時引入，采用CAN總線嵌入式技術可滿足人們的需求。

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部的數據交換困難的問題，因而形成電子控制網絡，并最終成為國際上應用最寬泛的現(xiàn)場總線之一。因其安全舒適性和可靠性，已被廣泛的運用于各行各業(yè)中，例如醫(yī)療設施、工業(yè)物資、自動化、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)點間的實時通訊強，開發(fā)周期短，達到國際標準等。

作為一種技術先進的遠程網絡通信控制方式，它采用的分布式多機系統(tǒng)可以讓各節(jié)點控制器均在任意時刻主動向網絡上的其他幾點傳輸信息，無主機、從機之分，高效率的信息傳輸使其成本合理。其傳送和接收數據的方式，可以采取一對一、一對多，全局廣播等方式。因此，為提升電梯控制系統(tǒng)的實用性與安全性，采用CAN總線嵌入式技術，使得系統(tǒng)更加牢靠，可擴展性提高。

二、硬件設計及軟件設計

在完成相關的功能結構定義后，需要對各個節(jié)點進行硬件和軟件的設計，隨后調試單個節(jié)點，最后完成系統(tǒng)的統(tǒng)一調試。其硬件環(huán)境包括，計算機和兩臺帶有增強型單片機的仿真下載實驗儀、相應的實驗儀數據線等。

CAN總線作為承上啟下的一部分，在連接電梯控制系統(tǒng)與各個節(jié)點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)是網絡的構建及軟件設計。

CAN網絡采用直線拓撲結構，在一個網絡上，至少存在兩個及兩個以上的CAN節(jié)點。需要注意的是全部CAN節(jié)點的通訊波特率必須相同。對于干線而言，網絡通訊波特率與通訊距離成反比，對于支線而言，長度應小于三米。

軟件的設計是實現(xiàn)CAN總線和節(jié)點間有效實施完成通訊溝通的重難點。程序的初始化以及程序的接受、發(fā)送，檢錯處理等。在軟件設計中，為貫徹原有的模塊化設計，對設計方案采用分層化處理，對整個系統(tǒng)而言具有利于開發(fā)和維護的作用。

在軟件設計之前，首先我們對軟件進行結構的分類，采用分層結構，實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化，便于系統(tǒng)的擴展。在多臺電梯同時運行的背景下，為滿足乘客的等待時間最短、電梯耗能最小等指標，采用進化算法、神經網絡等相應算法來實現(xiàn)。

為滿足大量實時性數據的處理，我們需要引入實時信息數據庫，其可以幫助我們對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，因其以一定的頻率進行刷新，故而我們想要保持長久數據，則應創(chuàng)立對應的歷史數據庫。歷史數據庫，幫助我們對長時間范圍內的數據進行整理和收集，為電梯控制系統(tǒng)的安全工作進行統(tǒng)計分析工作提供歷史性的數據支持。

三、CAN總線在電梯控制系統(tǒng)中的應用

CAN總線的電梯分布式控制結構由四部分構成。分別為主控制器、轎廂控制器、外呼控制器、群控調度器組成。在這四者中，主控制器直接與CAN總線連接，從而實現(xiàn)數據的總交流。轎廂控制器則與若干個外呼控制器掛在同一總線上。群控調度器通過CAN總線與主控制器和廳外總站之間進行通訊，進行多臺電梯之間的調度問題。各個模塊為獨立的微機控制，管理員可通過主控制器的操作面板來對整個電梯進行調試。

將CAN總線運用于電梯控制系統(tǒng)中，是因為其存在多個優(yōu)點。（1）提高電梯的實時響應能力：采用總線沖突仲裁方式，優(yōu)先級高的節(jié)點總是首要傳遞，無論優(yōu)先級低的節(jié)點正在上傳與否，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)故障嚴重的情況下，具有自動關閉傳輸的功能，使其斷卻與CAN總線的關聯(lián)，保護其他節(jié)點的正常運作，若發(fā)送的信息遭到破壞，無需人工的干涉，該節(jié)點隨后可自動重發(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)具有嚴格的處理錯誤和糾錯機制，在節(jié)點發(fā)生嚴重錯誤時，能夠自動退出，并且硬件CRC對每幀信息都進行了檢驗，保證了數據傳輸的真實性，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網絡的數據最大傳輸率為1Mbps（傳輸距離為40米），在速率5kbps以下，直接通信距離最遠可達10千米；（5）安裝極其便利、快捷，CAN總線的安裝，只需通過網絡拓撲結構，同時依賴一對雙絞線連接即可。

在電梯控制系統(tǒng)中，CAN總線通過各個節(jié)點間的信息傳遞來實現(xiàn)通信，為提高電梯的安全性能，可靠性強的CAN總線顯得尤為重要。通過嵌入式技術結合CAN總線對電梯的控制系統(tǒng)實現(xiàn)模塊化、分層式的處理，不僅方便了相應的相關軟件的統(tǒng)一規(guī)劃，更有利于系統(tǒng)的發(fā)展，乃至后期的進步與維修。

四、結語

CAN總線因其高性價比在世界上成為應用最普及的現(xiàn)場總線之一，它具有廣大的前景。我們在電梯控制系統(tǒng)中通過嵌入式技術，結合CAN總線，對電梯系統(tǒng)進行模塊化設計，使一個控制器合理地完成相應的功能和數據處理，最終實現(xiàn)提升電梯控制系統(tǒng)的牢固性與實用性。

參考文獻：

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