CAN總線在電梯遠程監控系統中的應用

前言

隨著人們生活質量的提高，智能大樓成為一種趨勢。而在智能大樓中，電梯的安全穩定運行，是至關重要的。但是限制于資金與技術的力量，這一點很難保證。因此，對于及時發現電梯故障并迅速維修就顯得相當必要了。目前國內的電梯服務水平大多仍局限于現場電梯出現了問題，通知維修中心，由維修中心派專人到現場勘查并排除故障。該情況存在的缺點是響應速度慢，還需要現場派專人監守。而電梯遠程監控系統為提高電梯維保并及時做出反應提供了有力工具。

目前國外的大型電梯企業都有了成熟的電梯遠程監控系統，但是，價位高是一項很高的阻礙，而且，他們的監控系統只是針對自己的電梯開發，兼容性差。基于上述情況，我們開發了能適合不同類型電梯的遠程監控系統，對于某個區域（一幢大樓，一群大樓，一個小區，一個城市，一個國家等）中安裝多部電梯，對這些電梯進行集中遠程監控、管理、數據維護、統計、分析、故障診斷及救援。其目的是對在用電梯進行遠程數據維護，遠程故障診斷及處理，故障的早期診斷與早期排除，以及對電梯的運行性能及故障情況進行統計與分析，并在分析的基礎之上選擇合理的派梯方案。

系統的組成

電梯遠程監控系統由3部分組成：數據采集卡，視頻監控，監控工作站組成，其總體方案結構如圖1所示。數據采集卡（圖1中的CAN-232數據轉換卡）與電梯控制器中負責與監控系統進行數據交換的電梯通訊卡通過CAN總線進行連接，布線方式采用總線式。如果總線長超過100米，那么在總線末端應該接120歐的抑制信號反射的終端電阻。這兩個120Ω的電阻，對匹配總線阻抗起著相當重要的作用。忽略掉它們，會使數據通信的抗干擾性和可靠性大大降低，甚至無法通信，這一點在現場已經得到了驗證。數據采集卡通過RS232總線連接工作站的COM1口，與工作站進行數據通信。

圖1 系統的組成

攝像機安裝在監控的電梯轎廂內部，采集轎廂內部的圖像。其視頻信號經視頻線纜傳遞至視頻切換器。視頻切換器的切換由數據采集卡上的MCU控制其模擬開關來實現。MCU從工作站計算機的COM1口接收計算機發出的控制命令，然后根據命令控制模擬開關從多路視頻信號中進行選擇輸出。同時視頻切換器具有放大功能，延長視頻信號的傳輸距離，使工作站計算機獲得高質量的圖像。切換器將選擇的視頻信號經視頻線纜傳遞給視頻采集卡。視頻采集卡安裝在工作站計算機的PCI接口上，其主要作用是將攝像機的模擬視頻信號轉換為數字視頻信號后傳遞給工作站計算機做進一步處理及存儲。

工作站接收數據采集卡以及視頻采集卡發送來的數據進行處理并顯示電梯運行的狀態以及轎廂中的圖像，并在電梯發生故障時提供多種報警方式，同時把各種有用信息存入數據庫。這樣，用戶能夠通過工作站掌握電梯的狀態信息和電梯轎廂內的圖像信息，并能查詢電梯的檔案信息，電梯運行的歷史事件庫，電梯曾經發生過的故障信息，查詢電梯在歷史上某段時間內的性能分析結果，打印報表等。

CAN總線介紹

數據傳輸通過CAN總線，CAN(Controller Area Network)總線是一種支持分布式實時控制系統的串行通信的局域網絡。由于其高性能、高可靠性、實時性好及其獨特的設計，已廣泛應用于控制系統中的各檢測和執行機構之間的數據通信。其主要特點：(1)多主總線，各節點均可在任意時刻主動向網絡上的其它節點發送信息；(2)采用獨特的非破壞性總線仲裁技術，優先級高的節點優先傳送數據，能滿足實時性要求；(3)具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送數據的功能；(4)CAN總線上每幀有效字節數最多為8個，并有CRC及其它校驗措施，數據出錯率極低，萬一某一節點出現嚴重錯誤，可自動脫離總線，總線上的其它操作不受影響；(5)通信距離遠達10km(5kb/s)，通信速率最高可達到1MB/s(40m)，節點數目實際可達110個，通信介質采用雙絞線，也可用光纖；（6）CAN總線只有兩根導線，系統擴充時，直接將新節點掛接在總線上即可，系統易擴充，改型靈活。因此，CAN總線成為分布式計算機控制系統的理想總線。

目前，廣泛流行的CAN總線器件有兩類：一類是獨立的CAN控制器，如SJA1000及Intel82526／82527等；另一類是帶有CAN的微控制器，如P8xC592及16位微控制器87C196CA/CB等。SJA1000是一種獨立控制器用于移動目標和一般工業環境中的區域網絡控制CAN它是PHILIPS半導體PCA82C200CAN控制器BasicCAN的替代產品而且它增加了一種新的工作模式PeliCAN，這種模式支持具有很多新特性的CAN2.0B協議。SJA1000的主要新功能

（1）標準結構和擴展結構信息的接收和傳送
（2）接收FIFO64字節
（3）在標準和擴展格式中都有單/雙接受過濾器含屏蔽和代碼寄存器
（4）讀/寫訪問的錯誤計數器
（5）可編程的錯誤限制報警
（6）最近一次的誤碼寄存器
（7）對每一個CAN總線錯誤的錯誤中斷
（8）由功能位定義的仲裁丟失中斷
（9）一次性發送當錯誤或仲裁丟失時不重發
（10）只聽模式，CAN總線監聽無應答無錯誤標志
（11）支持熱插拔，無干擾軟件驅動位速檢測
（12）硬件禁止CLKOUT輸出

數據傳輸及協議轉換模塊

CAN-232轉換卡
這部分完成是數據采集、協議轉換、故障判斷、與工作站通訊以及控制視頻切換的功能。其中，CAN控制器選擇的是PHILIPS公司的SJA1000，收發器選用的是PAC82C250。信號隔離采用的是高速光電耦合器6N137。它接收電梯通訊卡發出的符合CAN協議格式的電梯狀態數據幀，然后將其轉換成標準的RS232格式的數據流傳送給工作站。由于各種電梯控制器的通訊協議不同，所以需要在數據傳送模塊中進行協議轉換，將電梯狀態信號的格式轉換成符合工作站軟件協議要求的數據格式，從而使監控軟件可以兼容不同類型的電梯。

下面具體介紹采集卡與電梯通訊卡以及工作站的通信。

轉換卡與通訊卡通信過程
CAN總線為多主方式工作，在總線上可掛接110多個節點。因此，一塊采集卡可以連接最多110多部電梯的通訊卡。但在實際應用中，考慮到監控軟件的實時性，因此一部工作站監控16部電梯，并為各部電梯賦予一個作為身份標識的站號（分別設置各部電梯的電梯通訊卡上的撥碼開關為1-16）。上位機監控軟件每隔40ms采集一部電梯的數據，它首先發送該電梯的站號給采集卡，然后等待接收數據。采集卡接收到上位機發送來的站號，就將該站號填充到CAN幀的第一字節，并把這個只有一個數據字節的CAN幀發送到總線上去，然后等待接收該電梯發送的數據。