基于CAN总线的电梯召唤显示板设计

刘友富，鲍同兴，王重清

（浙江西迅电梯有限公司，浙江嘉兴 314000）

0 引言

电梯是高层建筑中一种重要的工具，电梯外呼板是电梯不可或缺的部分。电梯外呼板用在建筑每一层的电梯门外，方便乘客和电梯维保者使用。电梯外呼板将乘客和维保者的数据要求基于CAN 总线传送至电梯主板，电梯主板收到信号并做出相关处理。电梯主板把电梯的实时运转数据依靠CAN 总线传送至电梯外呼板，通过外呼板LED 显示，供乘客浏览。

AVR 单片机具有稳定性高、功能好、迅速、低功耗以及低价位等特点，该系统选择高档ATmega 型AVR 单片机ATmega16。其具备科学的RISC 构造，具备在16 kB 的系统中能编程Flash，512 的EEPROM，1 kB 的片中SRAM[1]。而且，芯片具备单独片内振荡设备的可编程看门狗定时装置，经调整熔丝位，能够设立片内晶振的振荡时间，可以简化外围的看门狗线路与晶振线路的规划。

1 CAN 的基本特征

以往的电梯外呼板选择机电设备、接触器和电梯主板衔接，存在成本高、稳定性差和故障率大等缺点，并且在楼层出现改变时，还给安装与调试工作带来诸多麻烦。

CAN 属于一个多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴导线和光导纤维，具有物理层、信息链路层与应用层等3 层协议，通信速率能达到1 Mb/s。CAN 总线专用接口芯片中以固件方式统一了CAN 总线的物理层与信息链路层两层功能，实现对通信信息的成帧处置，涉及位填充、信息块编码、循环冗余检验和优先级判断等多种工作。CAN 具备如下特征。

（1）废除原来的站地址编码，选择对通信信息块展开编码，能够多主方式操作。

（2）选择非损坏性仲裁方法，当两个节点同步向互联网中传输信息时，优先级小的节点自动停止信息传输，优先级大的节点不受干扰一直传送信息，有效防止了总线矛盾。

（3）采取短帧结构，每个帧的有用字节数是8 个，信息传递迅速，受影响概率小，再次传送时间少。

（4）每帧信息均有CRC 校验和其他检错方法，确保了信息传递的高稳定性，适合在高干扰状态下应用。

（5）节点在错误较大的状态下，具备智能关上总线的性能，断开其和总线的关联，使得总线上其他工作免受干扰。

（6）能够点对点，一对多和广播集中形式传递与接收信息。

针对上述特征，在此设计中将电梯主板系统的优先级设定为最高，其他电梯外护板则次之。电梯主板能够接收所有电梯外护板的信息，而电梯外护板仅可以收到电梯主板的信息。电梯主板能够传送广播消息（如楼层运作的内容），也能够传送点对点数据（如对于某层的指示灯管理信号）。

2 电梯外呼控制器介绍

电梯外呼控制器属于电梯结构的呼叫部分，根据功能外呼控制器包括电梯显示系统、外呼接收系统与通信系统等3 个部分。

（1）显示系统。外呼显示系统是乘客和电梯间人机沟通的部分，主要作用是电梯门区等候电梯的人可以及时知道电梯目前所处的运转楼层，电梯目前运转方向和本楼层的外呼状况。该系统选择2 个8 段发光LED 用作楼层显示设备，选择2 个含有上下箭头的LED 用作电梯上下运转的方位显示器，外呼控制器经与主控进行通信，获得并呈现目前电梯状况。

（2）外呼接收系统。当乘客选择乘坐电梯时，他们要经过每层楼内外呼面板上的2 个外呼按键来外呼，给电梯控制平台传出上呼与下呼的请求。外呼控制系统接收到外呼请求后，通过处理，基于通信系统传送至主控制器。

（3）通信系统。在以往的电梯控制平台内，呼梯与主控之间通信是采取点对点的通信形式，即I/O 直接管理模式。主控器选择16 根楼层显示线、2 根方位显示线、2 个外呼登记等若干根信号线直接和每层楼的外护板直接衔接。当电梯楼层上升时，促使系统连线非常繁琐。因此，该系统选择CAN 总线实现外呼和主控之间的通信，明显精简了系统构造。

3 电梯外呼板硬件构造

电梯外呼板硬件线路由乘客按钮模块、指示灯管理模块、LED 显示屏、CAN 通信线路和电梯模块组成。

3.1 硬件系统

3.1.1 CAN 通信模块

CAN 选择MicroChip 的MCP2510，该设备应用SPI 接口和MCU 通信。只要4 条总线即能够实现和MCU 的通信，但是为了保证一定的实时性，通常选择中断形式和MCU 实现通信。因此，还要有一个断开信号总线INT，用于通知MCU 接收由CAN总线上传出的信息。CAN 的接口设备选择TJA1050，该设备是CAN 和物理总线间的接口工具。

MicroChip 的MCP2510 属于一种单独CAN 协议控制器，满足CAN V2.0B 技术标准。该设备可以传送与接收标准与拓展信息帧和远程帧。MCP2510 具有2 个验收屏蔽寄存设备与6 个验收滤波寄存设备，能够过滤掉多余报文，这样能够降低MCU 的支出。MCP2510 和MCU 的衔接是基于业界规定串行SPI 来完成的。MCP2510 具备特点：①完全满足CAN V2.0B 技术标准，通信速率是1 Mb/s；②2 个接收缓冲器，能够优先保存报文，6个29 位验收滤波寄存设备，2 个29 位验收屏蔽寄存设备；③高速SPI 接口；④单触发形式，保证报文传送仅仅尝试一遍；⑤能用SOF，用来检测SOF 信息；⑥含有可选让能设置的断开输出引脚；⑦“缓冲器满”传输引脚能配备为各接收缓冲设备的断开引脚和通用数字传输引脚；⑧“请求发送”传输引脚能够各自配备为各传送缓冲设备的管理引脚，用来请求立刻传送报文和通用数据引入引脚。

在CAN 模块线路上，ATmega16 的SS、MOSI、MISO、CSK、INT 分别和MCP2510 的CS、SI、SO、SCK 以及INT 相衔接[2]。为提升CAN 总线节点防干扰性能，MCP2510 的TXCAN 与RXCAN 经过光耦6N137，分别和TJA1050 的TXD 与RXD 相衔接。

CAN 总线为保障一定的稳固性，能够把2 个120 Ω 的电阻并于总线上。应用电阻时，在对应的节点连接跳线。操作原则：于CAN 总线上离最长的2 个节点接入跳线电阻。在该系统所处的CAN 总线上，最长的两头分别为电梯主控板和电梯内招板，其均需要分别衔接120 Ω 的电阻。

3.1.2 CAN 报文形式

在总线上传递的报文，每帧由7 个部分构成。CAN 协议允许2 种报文形式，唯一差别在于ID 长度不同，标准格式是11位，拓展格式是29 位。该设计中采取标准信息帧，由帧开展、仲裁域、管理域、信息域、CRC 域、应答域以及帧结尾等7 个位域构成。其中，信息域的长度是0～8 个字节。仲裁域通过ID 与RTR 构成，在标准格式上，ID 是11 位[3]。在本例通信协议的建立中，标志位的前四位作为通信的类型码，后七位作为CAN 节点的标识符号。信息域用于存储通信的具体内容数据，如电梯所处的楼层、运作方位等。

3.1.3 CAN 驱动系统

CAN 最初是由德国BOSCH 企业推出，用作汽车内部检测和执行配件间的信息通信。其总线标准母线已经被ISO 国际标准组织设置为国际标准，普遍用于离散控制器。CAN 总线还是基于国家标准组织的公开系统互连系统，但其模型结构仅有3 层，即仅仅选择OSI 下层的物理层、信息链路层与最顶层的应用层。信号传递介质是双绞线，通信速率能达到1 Mbps/40 m，直接传递最长距离能达到10 km/kbps，能挂接装备最多是110 个。CAN 是一种高效支撑分布式管理与实时管理的串行通信系统，采取了大量新科技和特殊的设计。相较于普通的通信总线，CAN 协议的信息通信存在明显的稳定性、实时性与灵活性。

CAN 设备选择MicroChip 的MCP2510，这是一种应用普遍的CAN 控制器和物理总线间的衔接芯片，可以对总线数据实现差动发送与接收。为提升系统的防干扰性能，在系统之间加入了6N137。为确保CAN 总线的可靠性，CAN 驱动系统的电源选择DC2405 独立供电。

3.2 LED 显示器

该模块通过3 片8×8LED 显示屏和以单片机为主的驱动线路组成。LED 显示屏通过LED 点阵显示设备P2158 组成[4]。这是以发光二极管为基础，根据行和列的流程排列形成的显示部件，采取逐行或逐列扫描形式运行。通过峰值最高的窄脉冲驱动，从上至下逐一持续对显示器的各行展开选通，而且又给各列传送代表图形和文字内容的脉冲信号，多次循环上述操作，就能够呈现每种图形和文字内容。

LED 显示性能采取逐行扫描方式，于3 片8×8 点阵LED显示器上呈现相关数据。管理信号从MCU 传出，通过缓冲设备74F244 后分为2 路，一路通过移位寄存设备74S164，串行变为并行后以驱使LED 点阵的行；一路通过锁存设备6B595，串行变为并行后驱使LED 点阵的列。LED 点阵呈现选择逐行扫描方式，每行呈现取模形式是由右至左，字节顺利输出。其中，锁存设备的输入信息通过软件内的字库供应。LED 呈现每20 ms 出现一次，故显示频率是50 Hz，适应人眼的闪烁。

4 软件规划

电梯召唤显示板基于CAN 总线获得电梯主板的信息帧，并把信息帧暂存在缓存区，通过分析处置后以特殊方式存储起来。再按照信息帧要呈现的形式，由信息存储器内获得相应的信息存于某个显示缓存区完成显示，选择逐行扫描形式显示。电梯召唤显示板上若有召唤信息输入，对应指示灯亮起。电梯召唤显示板经过CAN 总线向电梯主板传送信息帧，信息帧内容涉及召唤内容。通信形式制定握手应答体制。

5 结论

该系统采取AVR 单片机，借助CAN 总线通信，通信安全稳定，实时性高，主要用于电梯结构内的外呼显示，而且还能够用于电梯轿厢内楼层信息的呈现。将之接入电梯虚拟系统，系统迅速响应，长期运转过程安全稳定，增添与删掉节点便捷。