基于ARM7嵌入式系统的电梯群控系统的设计.

基于ARM7嵌入式系统的电梯群控系统的设计目前,大多数电梯公司的群控系统都是采用RS485总线进行通信，但RS485采用主从式的通信方式,由主机发起呼叫，对应的终端应答，因此只能采取轮询的通信方式，实时性差，一旦主机出现故障，整个系统将瘫痪；而CAN总线在电梯群控系统中却体现出更多的优势：CAN总线通信与RS485通信相比抗干扰能力更好；可连接较多的通信节点；通信速率更高；实时性与稳定性高。本文采用CAN总线来实现群控主机和各电梯之间的通信[2]。1系统总体结构本系统以ARM7为内核，主频达72MHz的32bit微处理器LPC2368作为群控主控制器,它有高达512KB的片内Flash程序存储器，具有在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）功能，同时LPC2368内部集成了2个CAN控制器，CAN控制器提供了一个完整的CAN协议（遵循CAN规范V2.0B）实现方案。包含这个片内CAN控制器的微控制器用来构建功能强大的局域网，支持极高安全级别的分布式实时控制，可以用在汽车、工业环境、高速网络和低价位多路连线的应用中。系统还选用了CAN总线收发器MPC2551，它可作为CAN控制器与物理总线接口，提供对总线的差动发送和接收能力。2通信模块设计2.1通信模块硬件实现本系统采用LPC2368内部集成了的CAN控制器和高速CAN收发器MPC2551配合实现群控主机和各电梯之间的通信任务的，CAN模块由2个部分组成：控制器和接收滤波器，所有的寄存器和RAM都作为32bit的字来访问。LPC2368的CAN控制器具有如下的特点：2个控制器和总线；支持11bit和29bit的标识符；双重接收缓冲器和三态发送缓冲器；可编程的错误报警界限和可读/写访问的错误计数器；仲裁丢失捕获和错误代码捕获（带有详细的位位置）；单次触发的发送（不会重复发送）；只听模式（无应答、无活动错误标志）；“自身”报文的接收（自接收请求）[3]。LPC2368的接收滤波器有如下的特点：快速硬件实现的搜索算法，支持大量的CAN标识符；全局验收滤波器识别所有CAN总线的11bit和29bitRx标识符；允许11bit和29bitCAN标识符的明确定义和分组定义；验收滤波器可以为选择的标准标识符提供FullCAN-style自动接收。高速CAN收发器MPC2551是一个可容错的高速CAN器件，可作为CAN协议控制器和物理总线接口。MCP2551可为CAN协议控制器提供差分收发能力，它完全符合ISO-11898标准，包括能满足24V电压要求。其工作速率高达1Mb/s。典型情况下，CAN系统上的每个节点都必须有一个器件，把CAN控制器生成的数字信号转化为适合总线传输(差分输出)的信号。它也为CAN控制器和CAN总线上的高压尖峰信号之间加入了缓冲器，这些高压尖峰信号可能是由外部器件产生(EMI、ESD和电气瞬态等)。本系统设计的电路中，2个二极管D3与D4可有效地抑制传输介质的浪涌干扰，由于电梯群控系统中存在多个CAN通信节点，因此本电路中加入了终端电阻跳线JP3，由用户灵活地选择是否在该节点处加入终端通信电阻，本系统设计的CAN通信电路连接如图1。2.2通信协议及通信软件设计2.2.1CAN总线帧种类CAN总线上传输的信息称为报文，报文传输按照帧结构的不同，通常可表示为如下5种不同类型的帧：(1)数据帧:用于发送单元向接收单元传送数据的帧;(2)遥控帧：用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧;(3)错误帧：用于当检测出错误时向其他单元通知错误的帧;(4)过载帧：用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧;(5)帧间隔：用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧。2.2.2CAN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，其唯一的不同是标识符(ID)长度不同,标准格式为11bit,扩展格式为29bit[4]。标准格式帧的组成如图2所示。在标准格式中,报文的起始位称为帧起始(SOF),然后是由11bit标识符和远程发送请求位(RTR)组成的仲裁段。RTR位标明是数据帧还是请求帧，在请求帧中没有数据字节。控制段包括标识符扩展位(IDE),指出是标准格式还是扩展格式。它还包括1个保留位(ro),为将来扩展使用。它的最后4个字节用来指明数据段中数据的长度(DLC)。数据段范围为0～8个字节,其后有一个检测数据错误的循环冗余检查CRC段。ACK段用来确认是否正常接收，由ACK槽(ACKSlot)和ACK界定符2个位构成。发送站发送的这两位均为隐性电平(逻辑1),这时正确接收报文的接收站发送主控电平(逻辑0)覆盖它。用这种方法,发送站可以保证网络中至少有一个站能正确接收到报文。报文的尾部由帧结束标出。在相邻的两条报文间有一很短的间隔位,如果这时没有站进行总线存取,总线将处于空闲状态。2.2.3通信协议设计由于在CAN总线中，标识符(ID)的大小规定了各节点发送消息的优先级，ID号越小,发送优先级越高，本系统中规定群控主控制器优先级最高,因此设为0x01，其他电梯主控制器次之，设为0x11,依次类推。本系统消息格式采用：目的ID号+命令+数据字节1+数据字节2＋……+数据字节6的格式，在LPC2368中，存放数据的寄存器是CANRDA、CANRDB，每个寄存器是4个字节，因此一条CAN消息最多可存放8个字节。本协议中，CANRDA对应目的ID号、命令、数据字节1、数据字节2；CANRDB对应数据字节3~6。目的ID号确定消息的发出源，当目的ID号的内容为0x00时，所对应的消息是一条由主控制器发出的广播消息，各节点均接收并分析。命令字节的内容是协议的核心，由各命令组成，包括状态命令、控制命令，通常与数据字节搭配使用。2.2.4通信软件设计通信模块软件设计，首先要初始化CAN控制器，CAN控制器初始化主要实现CAN工作时的参数设置，这些初始化的内容包括：硬件使能CAN、设置CAN报警界限、设置总线波特率、设置中断工作方式、设置CAN验收过滤器的工作方式、设置CAN控制器的工作模式等。初始化结束之后CAN模块就可以进入工作状态，进行数据发送和接收。发送数据时，首先判断发送缓冲区是否空闲，如果有空闲发送缓冲区则将发送数据写入该发送缓冲区内，再启动发送命令，完成一帧数据的发送。接收数据时，读取接收缓冲区数据，同时释放该接收缓冲区，完成一帧数据的接收。数据发送和接收流程如图3所示。