基于CAN Bus MCU的電梯控制器和監測應用設計

以NUC240/NUC140/NUC130作為電梯控制器和監測應用設計的解決方案

NUC240 CAN Bus的特色

在實現電梯控制器和監測的設計模塊應用，筆者選擇的解決方案為臺灣新唐科技的NUC240、NUC140與NUC130，新唐科技于2012年年底推出 NUC200系列MCU，其中NUC240為NUC200系列中富含最多周邊的產品系列，也是少數具有兩組CAN信道的MCU廠商。使用者亦可透過Nu- LB-NUC240學習板搭配BSP鏈接庫(Board Support Package)即可簡易地對相關周邊上手。

NUC240 CANBus特色如下：

●支持CAN的協議規范2.0 A和2.0 B。

●傳輸速率最快可達1 MBit/s。

●32個訊息目標

●每一個訊息目標都有自己的識別子屏蔽。

●可程序化的FIFO模式(鏈接訊息目標)

●可作為屏蔽中斷。

●對時間觸發的CAN應用關閉自動重傳模式。

●自我檢測時具可程序化的look-back模式。

●16-bit模塊接口至AMBA APB Bus。

●支持MCU由熟睡模式中喚醒功能。

NuMicro MCU CAN Bus方塊圖

圖4為NuMicro MCU內部CAN模塊的內部架構，主要包含CAN Core、Message RAM、Module Interface和Message Handler四個部分，其中CAN Core負責錯誤偵測與處里，是CAN的主要核心;Message RAM為傳送與接收的緩沖器;Module Interface為與CAN Core與CPU溝通的主要接口。Message Handler則為傳送與接收命令控制中樞。

圖4. NuMicro MCU CAN Bus方塊圖

電梯控制系統方塊圖說明

由圖5電梯控制系統圖得知，在各樓層皆需要一個MCU來做為樓層信息的判斷或是錯誤的回報，故選具有一組CAN功能的NUC130作為各樓層的MCU配置。依序將電梯樓層編號1-1~1-7與第二棟樓層編號2-1~2-7以CANBus連至一起，形成一個網絡系統(A1)。同理樓層編號3-1~3-7與 4-1~4-7形成另一CAN網絡系統(A2)，每一棟電梯皆有其獨立的步進馬達來控制電梯的包廂。

在此選用具有兩組CAN Bus信道的NUC240做為電梯系統主要的運算處理與馬達控制器，其一信道為連接兩棟電梯大樓間的CANBus;另一信道(B)則連接至另一電梯控制器以及中控室的部分。最后中控室可透過USB方式與PC端連接，做為顯示監控接口或除錯處里。

圖5. 電梯控制與監測系統圖

電梯模塊運作流程說明

電梯的運作行為可以很多種方式呈現，但主要的目的皆來自于接獲各樓層乘客指令，平安地送達至指定樓層。如同搭乘百貨大樓電梯，于樓層顯示面板 (NUC130)按下上(下)樓按鍵，此時因CAN Bus網絡特性，可發現不同棟而相同樓層之上下樓按鍵會同時顯示燈號，并且所有樓層與NUC240皆顯示當下電梯廂之樓層;待電梯移至被按下上(下)按鍵之樓層，乘客進入后再按下指定前往樓層按鍵即可。另外當電梯發生故障時，位處中控室之管理員亦可透過簡單的人機接口以簡單的USB連接計算機與 NUC140將其資料讀出。