试论新时期CAN总线在电梯控制系统中的应用

张海斌

摘 要：随着现代城市化建设的增强，高楼大厦拔地而起，电梯的使用日益广泛。为使电梯控制系统顺应现代住房的要求，我们广泛地应用CAN总线通信进行数据交换，使整个电梯的运转得到充足的保障。通过介绍CAN通讯的实验原理，了解其高性能的同时，探讨新时期CAN总线在电梯控制系统中的应用。

关键词：控制系统；数据交换；CAN总线

随着我国现代化建设社会主义的步伐加快，电梯作为人们日常生活中经常接触到的一种运输工具，其安全性与科学性不容忽视。针对目前的电梯控制系统而言，并行通信与串行通讯皆有采纳。并行通讯主要针对于，楼层数较低的住房，其具备有速度快的特点，但由于其线路多，对电梯的安装和维修略微麻烦。串行通讯由于由于其成本低，发展较为良好，在许多的企业内广泛使用，而CAN总线作为串行通讯的一种，是使用较多的通讯方式。

一、CAN总线的介绍

传统电梯的控制系统，不易改装且接线过多，提升了工人操作的难度导致对系统的维修难。当今人们对电梯的需求越来越高，不但体现在电梯的安全性，更体现在电梯的舒适度上。因此电梯的自我调适，故障判断等智能化因素需要及时引入，采用CAN总线嵌入式技术可满足人们的需求。

CAN总线是由德国公司BOSCH开发研制而成，其最初目的是为解决汽车内部的数据交换困难的问题，因而形成电子控制网络，并最终成为国际上应用最宽泛的现场总线之一。因其安全舒适性和可靠性，已被广泛的运用于各行各业中，例如医疗设施、工业物资、自动化、电力控制等方面。它具有明显的优越性，尤其体现在节点间的实时通讯强，开发周期短，达到国际标准等。

作为一种技术先进的远程网络通信控制方式，它采用的分布式多机系统可以让各节点控制器均在任意时刻主动向网络上的其他几点传输信息，无主机、从机之分，高效率的信息传输使其成本合理。其传送和接收数据的方式，可以采取一对一、一对多，全局广播等方式。因此，为提升电梯控制系统的实用性与安全性，采用CAN总线嵌入式技术，使得系统更加牢靠，可扩展性提高。

二、硬件设计及软件设计

在完成相关的功能结构定义后，需要对各个节点进行硬件和软件的设计，随后调试单个节点，最后完成系统的统一调试。其硬件环境包括，计算机和两台带有增强型单片机的仿真下载实验仪、相应的实验仪数据线等。

CAN总线作为承上启下的一部分，在连接电梯控制系统与各个节点间的通讯上起到了不可替代的作用，所以CAN总线的稳定性与安全性十分特殊。我们通过独立的CAN总线控制器和CAN收发器以满足CAN总线通信的硬件条件。在满足了CAN总线的硬件条件后，最主要的环节是网络的构建及软件设计。

CAN网络采用直线拓扑结构，在一个网络上，至少存在两个及两个以上的CAN节点。需要注意的是全部CAN节点的通讯波特率必须相同。对于干线而言，网络通讯波特率与通讯距离成反比，对于支线而言，长度应小于三米。

软件的设计是实现CAN总线和节点间有效实施完成通讯沟通的重难点。程序的初始化以及程序的接受、发送，检错处理等。在软件设计中，为贯彻原有的模块化设计，对设计方案采用分层化处理，对整个系统而言具有利于开发和维护的作用。

在软件设计之前，首先我们对软件进行结构的分类，采用分层结构，实现系统的模块化，便于系统的扩展。在多台电梯同时运行的背景下，为满足乘客的等待时间最短、电梯耗能最小等指标，采用进化算法、神经网络等相应算法来实现。

为满足大量实时性数据的处理，我们需要引入实时信息数据库，其可以帮助我们对整个系统进行监控，因其以一定的频率进行刷新，故而我们想要保持长久数据，则应创立对应的历史数据库。历史数据库，帮助我们对长时间范围内的数据进行整理和收集，为电梯控制系统的安全工作进行统计分析工作提供历史性的数据支持。

三、CAN总线在电梯控制系统中的应用

CAN总线的电梯分布式控制结构由四部分构成。分别为主控制器、轿厢控制器、外呼控制器、群控调度器组成。在这四者中，主控制器直接与CAN总线连接，从而实现数据的总交流。轿厢控制器则与若干个外呼控制器挂在同一总线上。群控调度器通过CAN总线与主控制器和厅外总站之间进行通讯，进行多台电梯之间的调度问题。各个模块为独立的微机控制，管理员可通过主控制器的操作面板来对整个电梯进行調试。

将CAN总线运用于电梯控制系统中，是因为其存在多个优点。（1）提高电梯的实时响应能力：采用总线冲突仲裁方式，优先级高的节点总是首要传递，无论优先级低的节点正在上传与否，这样保证了各主要控制器间多主的工作方式；（2）提升电梯系统的抗干扰性：在某一节出现故障严重的情况下，具有自动关闭传输的功能，使其断却与CAN总线的关联，保护其他节点的正常运作，若发送的信息遭到破坏，无需人工的干涉，该节点随后可自动重发信息，保证了信息的正常传递；（3）提升电梯系统通讯的可靠性：CAN系统具有严格的处理错误和纠错机制，在节点发生严重错误时，能够自动退出，并且硬件CRC对每帧信息都进行了检验，保证了数据传输的真实性，在高干扰、高噪声环境下同样适用；（4）CAN总线通讯新能好，CAN网络的数据最大传输率为1Mbps（传输距离为40米），在速率5kbps以下，直接通信距离最远可达10千米；（5）安装极其便利、快捷，CAN总线的安装，只需通过网络拓扑结构，同时依赖一对双绞线连接即可。

在电梯控制系统中，CAN总线通过各个节点间的信息传递来实现通信，为提高电梯的安全性能，可靠性强的CAN总线显得尤为重要。通过嵌入式技术结合CAN总线对电梯的控制系统实现模块化、分层式的处理，不仅方便了相应的相关软件的统一规划，更有利于系统的发展，乃至后期的进步与维修。

四、结语

CAN总线因其高性价比在世界上成为应用最普及的现场总线之一，它具有广大的前景。我们在电梯控制系统中通过嵌入式技术，结合CAN总线，对电梯系统进行模块化设计，使一个控制器合理地完成相应的功能和数据处理，最终实现提升电梯控制系统的牢固性与实用性。

参考文献：

[1]王家刚.CAN总线在TYWK一体化控制系统中的应用[J].铁路通信信号设计，2003，（04）：3637.

[2]孔慧，刘桃英.CAN总线在分布式生物发酵过程控制系统中的应用[J].工业控制计算机，2002，（01）：1315.