基于CAN总线的电梯召唤显示板设计

2010-10-20 09:17:14来源: 电子设计工程

  随着现代社会的发展,科学技术的进步,出现了众多高层建筑和智能建筑。电梯,作为高层建筑内部一种重要的交通工具,其应用规模日益扩大。而作为电梯系统中必不可少的一部分,电梯召唤显示板(简称电梯外呼板)的应用也随之剧增。

  电梯外呼板应用于每层楼的电梯门外,供乘客及电梯维保人员使用。电梯外呼板将乘客及维保人员的需求信息通过CAN总线传达给电梯主板,电梯主板接收信息并执行相应的操作。同时,电梯主板将电梯的实时运行信息通过CAN总线传递给电梯外呼板,通过外呼板LED显示出来,供乘客参阅。

  AVR单片机具有高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位的特点,本系统选用了高档ATmega列AVR单片机ATmegal6。它具有先进的RI- SC结构,具有16 kB的系统内可编程Flash,512 B的EEPROM,1 kB的片内SRAM。同时,芯片具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器,通过改变熔丝位可以设置片内晶振的振荡周期,这样可以省去外围的看门狗电路和晶振电路的设计。

  1 电梯外呼板系统硬件结构

  电梯外呼板的硬件电路主要由乘客按键模块、指示灯控制模块、LED模块、CAN通信电路以及电源模块构成,如图1所示。

电梯外呼板的硬件电路

  1.1 CAN通信模块

  1.1.1 CAN的技术特点

  CAN是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维,具有物理层、数据链路层和应用层等3层协议,其通信速率可达1 Mb/s。CAN总线专用接口芯片中以固件形式集成了CAN协议的物理层和数据链路层2层功能,完成对通信数据的成帧处理,包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等多项工作。它具有以下特点:

  1)废除传统的站地址编码,代之以对通信数据块进行编码,可以多主方式工作;

  2)采用非破坏性仲裁技术,当2个节点同时向网络上传送数据时,优先级低的节点主动停止数据发送,而优先级高的节点可不受影响继续传输数据,有效避免了总线冲突;

  3)采用短帧结构,每一帧的有效字节数为8个,数据传输时间短,受干扰的概率低,重新发送的时间短;

  4)每帧数据都有CRC校验及其他检错措施,保证了数据传输的高可靠性,适于在高干扰环境下使用;

  5)节点在错误严重的情况下,具有自动关闭总线的功能,切断其与总线的联系,以使总线上其他操作不受影响;

  6)可以点对点,一对多及广播集中方式传送和接收数据。

  基于以上特点,在本设计中将电梯主板节点的优先级设为最高,而其他电梯外呼板的优先级次之,电梯主板可以接收任何电梯外呼板的数据,而电梯外呼板只能接收电梯主板的数据。电梯主板可以发送广播信息(例如楼层运行的信息),也可以发送点对点信息(例如针对某层的指示灯控制信息)。

  1.1.2 CAN的硬件实现

  CAN控制器采用MicroChip公司的MCP2510,该器件使用SPI接口与MCU通信。只需4条总线就可以实现与MCU的通信,但为了具有更好的实时性,一般采用中断方式与MCU进行通信,因此还需要一个中断信号总线用来通知MCU接收从CAN总线上发来的数据。CAN的接口器件采用TJ-Al050,该器件是CAN控制器与物理总线之间的接口器件。

  在CAN模块电路中,如图2所示,ATmegal6的SS,MOSI,MISO,SCK,INT分别与MCP2510的,SI,SO,SCK,相连接。为了进一步提高CAN总线节点的抗干扰能力,MCP2510的TXCAN和RXCAN通过光耦6N137分别与TJAl050的TXD和RXD相连接。

CAN模块电路

  1.1.3 CAN的报文格式

  在总线中传送的报文,每帧由7部分组成。CAN协议支持2种报文格式,其唯一不同是标识符(ID)长度不同,标准格式为11位,扩展格式为29位。本设计中使用标准数据帧,由帧起始、仲裁域、控制域、数据域、CRC域、应答域和帧结尾等7种位域组成,如图3所示。

CAN的报文格式

  其中数据域的长度为0~8个字节。仲裁域由标识符和RTR组成,在标准格式中,标识符为11位。在本例通信协议的制定中,标志位的前4位用作通信的类型码,后7位用作CAN节点的ID号。数据域则用来存储通信的具体内容信息,例如电梯所在的楼层,运动方向等。

   1.2 LED显示模块

  本模块由3片8x8 LED显示屏以及以单片机为核心的驱动电路构成。LED显示屏由LED点阵显示器P2158构成。它是以发光二极管为像素,按照行与列的顺序排列而成的显示器件,采用逐行(或逐列)扫描方式工作,由峰值较大的窄脉冲驱动,从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通,同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号,反复循环以上操作,就可显示各种图形或文字信息。以AVR高速单片机为核心的驱动电路如图4所示。

驱动电路

   LED显示功能采用逐行扫描的方法,在3片8×8点阵LED显示屏上显示相应的信息。控制信号由MCU发出,经过缓冲器74F244后分成2路,一路经过移位寄存器74S164,串行转并行后来驱动LED点阵的行;另一路经过锁存器68595,串行转并行后驱动LED点阵的列。LED点阵显示采用逐行扫描,每行显示取模方式为从右到左,字节正序输出。其中,锁存器的输入数据由软件中的字库提供。LED显示每20 ms显示一次,故显示频率为50 Hz,符合人眼的闪烁特性。

  2 电梯外呼板软件设计

  电梯外呼板软件设计流程如图5所示。电梯外呼板通过CAN总线接收电梯主板的数据帧,并将数据帧暂时存入缓存区,经过分析处理后按一定的方式保存起来。然后根据数据帧要显示的方式,从数据存储器中取出相应的数据存到一个显示缓存区进行显示,采用逐行扫描方式显示。电梯外呼板上如果有召唤信号输入,相应指示灯亮,同时电梯外呼板上通过CAN总线向电梯主板发送数据帧,数据帧内容包含召唤信息。通信的方式建立握手应答机制。

电梯外呼板软件设计流程

  3 结束语

  本系统采用AVR单片机,使用CAN总线通信,通信安全可靠,实时性好,主要用在电梯系统中的外呼召唤显示,同时也可以用在电梯轿厢中用于楼层信息的显示。将其接入电梯仿真系统中,本系统能够快速响应,长时间运行期间安全可靠,增加和删除节点简单方便。

关键字:AVR  LED显示  驱动  CAN  报文

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2010/1020/article_3471.html
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