上海交通大學自學考試

畢業論文答辯專

業：工業自動化題

目：《基于CAN總線的電梯呼梯顯示器設計》姓

名：夏

瓊指導教師：陳

堅論文結構說明背景介紹——電梯的發展和應用現狀相關技術——電梯人機界面、MCU、CAN設計目標——協議、接口、功能、性能總體設計——實現方案、開發平臺硬件設計——電路具體實現和參數計算軟件設計——源程序結構和主程序流程設計驗證——驗證方法和結論電梯的發展和應用現狀

電梯的出現已經有一百多年的歷史了，目前大量使用的電梯，包括客梯、貨梯、自動扶梯、自動人行道、雜物梯等多種類型。電梯的發展和應用現狀

其中用量最大的客梯，廣泛應用于高層建筑當中。據保守估計，中國現在正在運行的客梯保有量已超過50萬臺！并且以20%的年增長率不斷增加。按此計算，不考慮維保更新，每年新增的電梯外呼的需求量將超百萬臺。基于CAN總線的電梯外呼顯示器的設計具有明顯的經濟價值。

隨著技術的不斷發展，電梯控制系統的拖動控制方式和通信方式也經歷了幾次大的變化：拖動控制經歷了繼電器控制、PLC控制到目前的DSP和變頻器一體化控制方式；通信方式經歷了電氣接線到串行通信再到目前廣泛使用的現場總線的發展變化過程。客梯的人機界面組成外呼（HallIndicator）——應用于層站的運行信息顯示和呼梯裝置包括呼梯按鈕、檢修鎖、顯示屏等部件顯示方式主要有LED段碼、點陣、LCD、TFT等。客梯的人機界面組成操縱盤——（ControlPanel）轎廂內的顯示、操作面板包括以下部分：顯示器指令按鈕警鈴按鈕對講檢修盒銘牌相關技術——MCUMCU（MicroControlUnit）微控制器單元，是由Intel于1971年首推的，將計算機的主要硬件，如CPU、RAM、ROM以及部分外設集成在一塊硅芯片上而制成的集成電路器件，也叫單片機，主要用于嵌入式控制。MCU的發展經歷了從4位、8位、16位到目前的32位字長，從KHz級的主頻到現在的幾百MHz主頻，包含中斷、DMA、事件系統以及豐富的外設。目前主要的MCU包括MCS-51、AVR、PIC、MSP430、ARMCortex-M系列等產品當前MCU的編程開發以C語言為主，各廠家提供集成開發環境、仿真器和評估開發板等工具鏈輔助產品開發；軟件上提供datasheet、各類例程、驅動庫以及實時內核相關技術——CANBus現場總線——應用于工業現場的通信總線常見總線——ModeBus、LonWorks、CAN、LIN、FFCANBus——ControllerAreaNetwork，控制器區域網，由Bosch公司開發，主要用于汽車控制系統的現場通信，其規范被ISO接收為國際標準ISO11898，是唯一擁有國際標準的現場總線。CANBus現在已廣泛應用于汽車、電梯、醫療設備和工業現場等領域CAN特點——采用一對雙絞線以差分形式傳遞信號；多主的總線拓撲；最大通信速率為1Mbps，最大通信距離10km，目前總線上最多支持110個物理節點；具有符合ISOOSI模型開放的層次模型，以及豐富的應用層協議支持，如CANOpen，TTCAN等。外呼設計目標——功能、性能顯示界面——具有5x7點陣LED顯示方向箭頭7x11點陣LED顯示兩位樓層數字通信接口——具有CANBus通信接口

可通過配置選通終端電阻電源接口——DC24V直流電源輸入接口

具有防反接、防浪涌、防缺失能力 16~32V正常工作，總功耗<1W按鈕接口——具有連接呼梯按鈕和檢修鎖接口使用條件——符合工業標準的溫濕度、EMC要求通信協議定制基本參數如下a)總線節點數：32個，采用11位ID的基本幀類型b)通信波特率：100Kbps，通信距離：500m幀類型如下a)命令幀：ID=0x100，DLC=2，用于主控系統向外呼發出命令b)廣播幀：ID=0x200，DLC=4，用于主控系統向外呼廣播運行信息c)呼梯登記幀：ID=0x210(0x220)，DLC=4，為主控系統向外呼廣播

上（下）呼梯請求的登記情況d)呼梯數據幀：ID=0x300~0x31F，DLC=1，外呼向主控系統發出的

呼梯按鈕和檢修鎖狀態信息ID尾數對應物理層站通信采用定時輪詢和主動發送相結合的方式進行總體方案設計開發設計平臺序號名稱工具及版本供應商1硬件設計工具AltiumDesignerWinter09Altium2軟件集成開發環境AVRStudio4.17+WINAVRATMEL，GNU3調試下載器JTAGICEMKIIATMEL4CAN總線調試器PCAN-USBPEAK-System硬件設計——電源采用TI公司最新推出的LMR14206MXK，該芯片可承受42V輸入電壓，并可以提供600mA輸出電流，BUCK降壓型拓撲；具有啟動電壓和輸出電壓設定功能，各種短路、過流保護；設定輸出電壓5V，啟動電壓12V，輸入儲能電容保證20ms的電源電壓缺失維持時間；電源輸入端口設計了防反向、抗浪涌

器件，通過添加濾波電容和磁珠改善EMC特性硬件設計——MCU最小系統MCU最小系統是保證MCU能夠運行的最基本條件，包括三要素：電源、時鐘和復位；此外還包括一些輔助功能：看門狗、調試下載接口。硬件設計——通信接口采用NXP公司的TJA1050T作為總線驅動芯片帶有收發數據指示LED防短路、靜電和浪涌保

護、EMI吸收帶有可選通的終端電阻硬件設計——顯示驅動按行掃描逐點驅動電阻限流軟件設計——總體結構軟件設計——工作流程設計驗證

本設計基于2010年為重慶XXX電梯開發的外呼顯示系列產品XXXXX、XXXXX修改而來，原設計通過嵌入沈陽XX自動化研究所開發的控制系統的通信協議，通過功能測試、環境試驗和現場實測，已量產并在實梯上運行超過三年了。修