嵌入式系统在智能电梯中的应用--控制网

嵌入式系统在智能电梯中的应用

企业：	控制网	日期：	2006-07-23
领域：	PLC&PAC	点击数：	1325

引言

随着信息技术的发展和数字化产品的普及，从消费电器到工业设备，从民用产品到军用器材，嵌入式系统被应用到网络、手持通信设备、国防军事、消费电子和自动化控制等各个领域。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。嵌入式系统的广泛应用前景和发展潜力使其成为21世纪的应用热点之一。

2 嵌入式系统组成及其特点

嵌入式系统通常由嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件等几大部分组成。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM或闪存（Flash　Memory）作为存储介质。软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为，而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

由于嵌入式系统是应用于特定环境下执行面对专业领域的应用系统，所以不同于通用型计算机系统应用的多样化和适用性。它与通用的计算机系统相比具有以下特点：1）嵌入式系统通常是面向特定应用的，一般都有实时要求；2）嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体工业、电子技术和通信网络技术与各领域的具体应用结合的产物，这一特点决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识传承系统；3）嵌入式系统和具体应用结合在一起，它的升级换代和具体产品同步进行，因此，嵌入式系统产品一旦进入市场，一般具有较长的生命周期；4）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器或处理器的内部存储器件中，而不存储于外部的磁盘等载体中。5）嵌入式系统本身不具备自举开发能力。

3 电梯控制系统及主控制器的设计

    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。

    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，在工业控制中已得到广泛应用，应用于电梯控制系统，具有很大的优越性：1）可以实现无触点逻辑线路，提高系统可靠性，降低维护费用，提高产品质量；2）编程控制程序灵活性大，可以适应不同功能要求；3）可以实现故障显示，使得维修方便，减少故障时间，提高运行率；4）使得电梯控制系统体积减小，成本降低，节省能源，通用性强，实现了复杂功能；5）可以减少控制装置的占地面积。

    电梯控制系统是一个相当复杂的逻辑控制系统，系统要在极短的时间内对几百个信号进行检测、处理，加上系统对安全性要求较高，因此电梯的控制和管理相当复杂。电梯控制系统结构如图1:

图1 电梯控制系统结构图                　

     图中主控制器是电梯控制系统的主要部分，负责整个电梯的运行控制。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，使乘客与电梯建立了相互联系。呼梯是每一层楼的呼叫装置，给出每一层的呼叫请求信息，并且显示电梯当前运行状态。主控制器、轿厢控制器和呼梯控制器之间采用CAN总线进行通信，各控制器之间用一对双绞线通过网络拓扑结构连接。
    在电梯控制系统中，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。根据主控制器这一特点，本文提出了一种新型、高效的控制系统结构DSP+CPLD。由于DSP具有数据处理速度快、工作特性稳定等特性，在设计中主要用来完成数据的实时处理、运算和响应，输入/输出（I/O）信号的处理，电源监控及数据保存。在设计中采用CPLD可以增强DSP访问外围设备的能力，实现可编程I/O口的扩展、片内时序逻辑电路和组合逻辑电路设计、输入缓冲、输出驱动及产生其它器件的片选信号。CPLD通过片内可编程数据交换逻辑模块发送输入端口状态信息到DSP，接受DSP发出的控制信息，对于系统中部分输入、输出逻辑关系直接在CPLD中由可编程逻辑处理模块完成。电梯主控制器结构如图2。


    DSP在系统中主要完成以下功能：1）通过控制器局域网CAN总线与其它电梯轿厢控制器、呼梯控制器等进行数据通信；2）通过DSP事件管理器模块（EVB）的正交编码电路连接光电编码器以获得电梯轿厢的位置和速率等信息；3）通过多功能通用输入/输出（I/O）口对开关量输入/输出信号进行控制；4）通过串行通信接口（SCI），采用RS-485或RS-232总线方式与上位机通信以及电梯状态显示；5）通过10位模数转换模块（ADC）采集电梯运行状态的模拟量信息，转换为数字量信息，并将转换结果保存在存储器中。

    DSP对信息进行转换、运算、处理后，将状态信息发送到通信总线上，传送给其它微处理器；将控制信号传送至CPLD，由CPLD进行逻辑处理，使控制对象产生相应的动作。

4 嵌入式系统在电梯系统主控制器中的应用

随着以嵌入式处理器为核心的智能电梯控制系统的飞速发展和普及，对电梯控制系统的主控制器在功能、实时性、可靠性和软件编程的灵活性提出了更多、更高的要求。考虑到这些情况，有必要在电梯控制系统中引入嵌入式实时操作系统为软件开发平台。例如可以选用源码公开、成熟的µ/OS-Ⅱ操作系统。

在电梯控制系统中使用嵌入式实时操作系统µ/OS-Ⅱ，可以将应用程序分解成多任务，简化了应用系统软件的设计。使得电梯控制系统的实时性得到保证，而且良好的多任务设计，有助于提高系统的稳定性与可靠性。电梯控制系统主程序流程图如图3:

电梯控制系统中断模块包括两部分：定时器模块和CAN总线数据接收模块。
1）定时器模块采用中断3，函数是c_int2().
void c_int2()
{
if(PIVR==0x002F)                  /*是否定时器10MS到*/
{
unsigned int Tint=0;               /*定义局部变量Tint*/
OSIntEnter();                      /*通知内核开始中断服务*/
OSTimeTick();                      /*10MS一个时钟节拍*/
…………
中断服务子程序

…………
OSMboxPost(TimerMbox,(void*)&Tint); /*发送定时时间消息到软件定时器 */
OSIntExit(); /*退出中断*/
asm(“ CLRC INTM”); /*开中断*/
}
}
2）CAN总线数据接收模块采用中断5，函数是c_int5().
void c_int5()
{

if(PIVR==0x0040)
{

unsigned int CANint=0; /*定义局部变量*/

OSIntEnter(); /*通知内核开始中断服务*/

呼梯或是轿厢发送的数据的ID号判断

…………………

中断服务子程
   …………………
   OSMboxPost(CANREMbox,(void*)&CANint); /*发送CAN总线接收到的数据消息到CAN接收数据处理函数Can_Receive()*/
OSIntExit();                          /*退出中断*/
asm(“ CLRC INTM”);                /*开中断*/
}
}

5 结束语

随着计算机硬件、软件技术和集成电路技术的迅速发展，以嵌入式实时操作系统作为开发平台的嵌入式系统已成为计算机应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大的进步。嵌入式操作系统内核小、实时多任务性给实际应用带来很多的方便。用户可以在PC机上实现程序的编写与调试，极为方便地实现了对不同控制器之间以及控制器网络与通信管理网络之间的数据交换。

参考文献：

1. 彭克荣，电梯技术的现状及发展趋势，建筑机械化，2001.2, P10~15

2. 何小庆，嵌入式实时操作系统的现状和未来，单片机与嵌入式系统应用，2001.3，P5~9

3. 王涛张，伟良. 嵌入式实时系统及其在通信系统中的应用，电子技术应用, 2002. 6，P5~8

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