基于嵌入式的智能电梯控制系统的设计与实现

嵌入式系统在智能电梯中的应用研究

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目录

一、设计目的与作用 (1)

二、系统整体方案设计 (1)

2.1 电梯控制系统控制策略、方法 (1)

2.2 电梯控制系统总体结构设计 (2)

2.3 电梯主控制器的功能设计 (2)

三、系统硬件设计 (3)

3.1 芯片DSP56F8025MFBE (3)

3.2 控制器组成框图 (4)

3.3 控制器的模块单元功能介绍 (4)

3.3.1 整流滤波单元 (5)

3.3.2 电机速度及转子位置检测单元 (5)

3.3.3 逆变单元 (5)

3.3.4 控制电路电源模块 (6)

3.3.5 看门狗模块 (7)

3.3.6 低电压复位模块 (7)

3.3.7 电流检测模块 (8)

3.3.8 故障报警模块 (8)

3.3.9 编程与仿真接口 (9)

四、系统程序设计 (1)

4.1 主程序流程 (1)

4.2 初始化模块 (1)

4.3 中断模块 (2)

4.4 开关量输入模块 (3)

4.5 故障处理模块 (4)

4.6 检修工作模块 (5)

4.7 消防状态工作模块 (5)

4.8 CAN总线接收的数据处理模块 (6)

4.9 系统断电数据保存模块 (7)

4.10 软件定时器模块 (8)

五、系统性能测试 (9)

5.1系统功能仿真测试 (9)

结论 (10)

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一、设计目的与作用

传统的电梯控制系统各楼层与控制器之间采用以PLC为控制核心的点对点的连接方式，每个呼叫器都有一套数据线与主控器相连，当电梯楼层数比较多时，系统就会有大量的数据线需要连接，使得电梯的安装、维护比较麻烦。特别是不同楼层数的控制系统需要有相应输入输出点数的主控制器相匹配，通用性差，给生产带来许多不便[3]。

以嵌入式微处理器为核心控制器的嵌入式系统作为计算机应用的一个崭新领域，以其简洁、高效等特点越来越多地受到人们的广泛关注。而且在工业控制系统中已得到了广泛的应用，应用于电梯控制系统，具有很大的优越性。

二、系统整体方案设计

2.1 电梯控制系统控制策略、方法

随着计算机技术和网络技术的发展，电梯的分布式控制成为了可能。将电梯的控制功能分为若干模块，由不同的控制器完成各部分特定的功能，各控制器间采用可靠的通信技术控制局域网传递信息，相互进行通信，协同工作。本次课题研究开发的智能电梯控制系统可分为四个主要部分：

2.1.1主控制器

即电梯控制器。它是电梯控制系统的主要部分，负责整个电梯的运行控制。一般主控器和位于楼房的顶部电梯机房内的电梯动力装置曳引机构成了整个电梯控制系统的核心。

2.1.2轿厢

轿厢是电梯系统中运载乘客的装置，它通过轿厢中的键盘、显示屏，使乘客与电梯建立起了相互联系。曳引机通过钢丝牵引轿厢的上下运行，用于运送乘客。在轿顶(轿厢的顶部)还有一个门机控制器，用于电梯的开关门动作。

2.1.3呼梯

它是每一层楼的呼叫装置，给出每一楼层的呼叫请求信息，并且显示电梯当前运行状态。此外，电梯整个系统还包括上、下限位开关，上、下限速开关，限速器，安全闸，对重，随行电缆，平层检测板，道轨和缓冲器等一系列电梯运行机械装置和安全保护设备。

2.1.4控制器之间的通信方式

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主控制器、轿厢控制器和呼梯控制器之间采用现场总线之一的CAN 总线进行通信，各控制器之间只需一对双绞线通过网络拓扑结构连接即可，安装极为方便。CAN 总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，具有非常好的抗干扰能力和可靠性。通信速率可达1Mbps/40m ，直接传输距离最远可达10km/kbps 。可挂接设备最多为110个[7]。

2.2 电梯控制系统总体结构设计

电梯控制系统总体结构,如图2-1所示。

主梯控制器

呼梯控制器1呼梯控制器M

液晶显示及键盘控制器

轿厢控制器

呼梯控制器N

呼梯控制器2

RS485

C A N 总线网络

图2-1电梯控制系统结构图

2.3 电梯主控制器的功能设计

主控制器是整个电梯的核心。不但要保证整个系统的稳定运行，而且要在极短的时间内对系统所有的任务进行响应。

其任务包括：接收、处理电梯的各种状态，并做出相应的动作，控制电梯的总体运行，实施对电梯驱动部分的控制，包括抱闸的松放、门机的开关、变频器低、中、高速的给出等控制。接收轿厢控制器送来的内选信号，执行内选外呼指令，向轿厢控制器、呼梯控制器发送楼层指示信号，实施安全保护等。为了实现电梯状态监控的需要，主控制器还加入了基于LCD 显示的电梯参数设置、监控系统。

三、系统硬件设计

电梯控制系统中主控制器不仅要完成复杂的逻辑控制，还要实现数据通讯、数据处理、安全监测及实时响应的功能，根据电梯主控制器的特点，提出一种新型、高效的控制系统结构

DSP+CPLD。

本设计中电梯主控制器就是采用DSP+CPLD的系统结构，基于DSP技术和CPLD技术有效结合的主导思想设计的主控制器，成功的应用在智能电梯控制系统。数字信号处理器DSP采用Freescle 公司生产的DSP56F8025MFBE，如图3-1所示，而复杂可编程逻辑器件CPLD采用Altera公司生产的MAX7128S[16]。本章将以DSP作为重点，详细介绍系统变频驱动部分的硬件设计。

3.1 芯片DSP56F8025MFBE

本设计中，突出了控制器的高效性、通用性以及实用性。在全数字控制器的研制中，采用核心控制芯片为DSP56F8025MFBE。其内核包括三个并行工作的执行单元，在一个指令周期可以同时执行6条指令。MCU编程模式以及优化的指令集允许生成有效、紧凑的DSP控制代码。DSP56800的主要特点如下：

(1)采用双哈佛结构，16位DSP处理器。

(2)在内部时钟为80M时，指令执行速度可达40MIPS。

(3)单周期16位*16位并行MAC。

(4)带扩展位的2个36位累加器。

(5)16位双向循环移位器。

(6)采用DSP特有寻址模式的并行指令集。

(7)硬件实现DO和REP循环。

(8)三条内部地址总线和一条外部地址总线。

(9)四条内部数据总线和一条外部数据总线。

(10)支持DSP和控制器函数的指令集。

(11)控制器风格的寻址模式和指令。

(12)高效的C编辑器，支持局部变量。

(13)只限制于存储器大小的子程序和中断堆栈。

(14)JTAG/ONCE调试接口。

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